CN107643546A - 一种基于统计叠加法的磁力仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于统计叠加法的磁力仪，包括：探头、信号发射及接收模块、控制模块和电子陀螺仪，信号发射及接收模块包括射频激励电路、直流极化电路、电容配谐滤波电路和滤波整形放大电路，探头分别与射频激励电路、直流极化电路和电容配谐滤波电路连接，控制模块分别与射频激励电路、直流极化电路、电容配谐滤波电路、滤波整形放大电路和电子陀螺仪连接，电容配谐滤波电路与滤波整形放大电路连接。该基于统计叠加法的磁力仪测量效率高、精度高、使用方便、体积轻便、方便携带。
Description
技术领域
本发明属于地球物理探测仪器技术领域，特别提供了一种基于统计叠加法的磁力仪。
背景技术
磁力勘探是发展最早、应用广泛的一种地球物理勘探方法。其中包括航空、地面、海洋磁场测量，已应用于基础地质研究、固体矿产勘查、油气构造勘查、地热调查、工程地质和考古等领域。磁力仪种类繁多，根据其工作原理的不同，磁力仪可分为机械磁力仪、饱和式磁力仪、质子旋进磁力仪、光泵磁力仪。
传统的质子磁力仪虽然原理简单，易于实现，但想在绝对精度、灵敏度、梯度容限、动态范围和工作温度等综合指标上达到先进水平却并非易事。质子磁力仪在地磁场观测中具有高精度、高灵敏度、低功耗和长寿命等特点而得到广泛应用，但是，现有的磁力仪测量精度高与体积轻便不能同时兼顾，例如国产质子磁力仪测量精度较低、磁通门磁力仪由于体积较大不方便携带。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于统计叠加法的磁力仪，以解决现有磁力仪精度与体积不能同时兼顾等问题。
本发明提供的技术方案是：一种基于统计叠加法的磁力仪，包括：探头、信号发射及接收模块、控制模块和电子陀螺仪，信号发射及接收模块包括射频激励电路、直流极化电路、电容配谐滤波电路和滤波整形放大电路，探头分别与射频激励电路、直流极化电路和电容配谐滤波电路连接，控制模块分别与射频激励电路、直流极化电路、电容配谐滤波电路、滤波整形放大电路和电子陀螺仪连接，电容配谐滤波电路与滤波整形放大电路连接。
优选，控制模块包括CPU和可编程逻辑器件模块，其中，可编程逻辑器件模块与滤波整形放大电路连接，CPU分别与直流极化电路、电容配谐滤波电路、滤波整形放大电路和电子陀螺仪连接，可编程逻辑器件模块用于接收经滤波整形放大电路放大后的方波信号，并对所述方波信号采用多通道测频计数，并将计数结果发送至CPU，CPU通过统计叠加对接收的数据进行处理，去除粗大误差后，对数据取平均值得到待测磁场值。
进一步优选，所述的基于统计叠加法的磁力仪还包括与CPU连接的上位机，用于显示磁场值。
进一步优选，所述探头由激发/接收线圈和密封在有机玻璃瓶中的富含核子的自由基溶液组成。
本发明提供的基于统计叠加法的磁力仪，通过电子陀螺仪测得当地的磁场值并发送至控制模块，控制模块接收所述磁场值并计算磁场中心值，之后依据所述磁场中心值计算配谐电容数值并控制电容配谐滤波电路按照所述配谐电容数值对传输至电容配谐滤波电路的拉莫尔频率信号配谐，其中，所述拉莫尔频率信号经控制模块控制射频激励电路和直流极化电路向探头发射射频信号和直流脉冲后，由探头输出，输出的拉莫尔频率信号发送至电容配谐滤波电路，经电容配谐滤波电路配谐后的信号经滤波整形放大电路放大为方波信号后发送至控制模块，控制模块接收到所述方波信号后经测频计数和统计叠加得到待测磁场值。
本发明提供的基于统计叠加法的磁力仪测量效率高、精度高、使用方便、体积轻便、方便携带。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明基于统计叠加法的磁力仪的结构示意图；
图2为可编程逻辑器件模块内部4通道的原理示意图。
具体实施方式
下面将结合具体的实施方案对本发明进行进一步的解释，但并不局限本发明。
如图1所示，本发明提供了一种基于统计叠加法的磁力仪，包括：探头1、信号发射及接收模块2、控制模块3和电子陀螺仪4，信号发射及接收模块2包括射频激励电路21、直流极化电路22、电容配谐滤波电路23和滤波整形放大电路24，探头1分别与射频激励电路21、直流极化电路22和电容配谐滤波电路23连接，控制模块3分别与射频激励电路21、直流极化电路22、电容配谐滤波电路23、滤波整形放大电路24和电子陀螺仪4连接，电容配谐滤波电路23与滤波整形放大电路24连接。
该基于统计叠加法的磁力仪，通过电子陀螺仪测得当地的磁场值并发送至控制模块，控制模块接收所述磁场值并计算磁场中心值，之后依据所述磁场中心值计算配谐电容数值并控制电容配谐滤波电路按照所述配谐电容数值对传输至电容配谐滤波电路的拉莫尔频率信号配谐，其中，所述拉莫尔频率信号经控制模块控制射频激励电路和直流极化电路向探头发射射频信号和直流脉冲后，由探头输出，输出的拉莫尔频率信号发送至电容配谐滤波电路，经电容配谐滤波电路配谐后的信号经滤波整形放大电路放大为方波信号后发送至控制模块，控制模块接收到所述方波信号后经测频计数和统计叠加得到待测磁场值。
作为技术方案的改进，如图1所示，控制模块3包括CPU31和可编程逻辑器件模块32，其中，可编程逻辑器件模块32与滤波整形放大电路24连接，CPU31分别与直流极化电路22、电容配谐滤波电路23、滤波整形放大电路24和电子陀螺仪4连接，可编程逻辑器件模块32用于接收经滤波整形放大电路24放大后的方波信号，并对所述方波信号采用多通道测频计数，并将计数结果发送至CPU31，CPU31通过统计叠加对接收的数据进行处理，去除粗大误差后，对数据取平均值得到待测磁场值。
作为技术方案的改进，如图1所示，该基于统计叠加法的磁力仪还包括与CPU31连接的上位机5，用于显示磁场值。
作为技术方案的改进，所述探头1由激发/接收线圈和密封在有机玻璃瓶中的富含核子的自由基溶液组成。
实施例
电子陀螺仪测得当地的磁场值并发送至CPU，其中，CPU可以为ARM模块，CPU接收所述磁场值后根据所述磁场值计算出所处环境的磁场中心值，并依据所述磁场中心值计算得到配谐电容数值，电容配谐滤波电路由若干电容并联组成，每个电容支路串联一个开关，通过CPU控制电容支路开关的通断可以控制电容配谐滤波电路按照所述配谐电容数值对传输至电容配谐滤波电路的拉莫尔频率信号配谐。
CPU传输触发信号控制射频激励电路及直流极化电路向探头发射信号，其中，射频激励电路通过一功放电路后产生电压为30V、频率约为60.7MHz的射频信号，所述射频信号传递至探头，使探头内自由基电子系统和质子系统发生动态核极化，同时，直流极化电路定时向探头输出一个电压约为10V的直流脉冲，使探头中自由基电子系统和质子系统在直流场源的作用下进行直流偏置，两者作用约1.5s后，探头输出拉莫尔频率信号并发送至电容配谐滤波电路。
拉莫尔信号经电容配谐滤波电路完成配谐后传输至滤波整形放大电路，使所述信号由幅值为10mV且呈e指数衰减的拉莫尔信号整形放大为5V的方波，整形后的方波传输至可编程逻辑器件模块，其中，所述可编程逻辑器件模块可以为FPGA模块。
可编程逻辑器件模块对放大后的信号以测周期法进行频率测量，其中，基本原理如图2所示，所述可编程逻辑器件模块内采用4通道计数，通道1、2采用对待测信号二分频后进行正周期及反周期测量，通道3、4采用对待测信号延迟半个周期并二分频后进行正反周期测量，每个通道的测量计数基准频率为250MHz，则根据测量磁场范围，一个测量周期计数数值范围约为58139～330000，由于每个通道的信号一个周期即可计一组数据，整形处理后的信号约有200个周期，即一个通道可获得200组磁场数值，若在前期整形处理或计数过程中出现多周期或少周期现象，使用该方法使测量数据精度大幅度提升，之后，可编程逻辑器件模块将上述800组数据传输至CPU进行数据处理。
CPU接收上述数据后，采用统计叠加法对多组数据进行处理，将计数值计算为频率值，CPU采用统计学方法去除数据中的粗大误差，处理后的数据取平均值得到待测信号频率值，即可得到待测磁场值，所述待测磁场值由CPU传输至上位机进行显示。
上面结合附图对本发明的实施方式做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种基于统计叠加法的磁力仪，其特征在于，包括：探头(1)、信号发射及接收模块(2)、控制模块(3)和电子陀螺仪(4)，信号发射及接收模块(2)包括射频激励电路(21)、直流极化电路(22)、电容配谐滤波电路(23)和滤波整形放大电路(24)，探头(1)分别与射频激励电路(21)、直流极化电路(22)和电容配谐滤波电路(23)连接，控制模块(3)分别与射频激励电路(21)、直流极化电路(22)、电容配谐滤波电路(23)、滤波整形放大电路(24)和电子陀螺仪(4)连接，电容配谐滤波电路(23)与滤波整形放大电路(24)连接。
2.按照权利要求1所述的基于统计叠加法的磁力仪，其特征在于：控制模块(3)包括CPU(31)和可编程逻辑器件模块(32)，其中，可编程逻辑器件模块(32)与滤波整形放大电路(24)连接，CPU(31)分别与直流极化电路(22)、电容配谐滤波电路(23)、滤波整形放大电路(24)和电子陀螺仪(4)连接，可编程逻辑器件模块(32)用于接收经滤波整形放大电路(24)放大后的方波信号，并对所述方波信号采用多通道测频计数，并将计数结果发送至CPU(31)，CPU(31)通过统计叠加对接收的数据进行处理，去除粗大误差后，对数据取平均值得到待测磁场值。
3.按照权利要求1所述的基于统计叠加法的磁力仪，其特征在于：还包括与CPU(31)连接的上位机(5)，用于显示磁场值。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的基于统计叠加法的磁力仪，其特征在于：所述探头(1)由激发/接收线圈和密封在有机玻璃瓶中的富含核子的自由基溶液组成。
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