CN2385347Y - 智能化磁化率仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型为由探头和主机组成的智能化磁化率仪,探头由线圈绕制的电感元件L和电容C组成,主机由87C51单片微机及外围电路组成。测量时将样品置于电感L之中或将线圈L放置在待测点的平面上,即可方便地测出磁化率。该机既适用于室内精确测量,也适宜野外剖面测量,能做到测量数据的自动存储和输出,测量精度高,速度快,使用简便,成本低廉。

Description

智能化磁化率仪

本实用新型涉及一种新型测量物质磁化率的仪器，即智能化磁化率仪。

物质的磁化率测定分析，经常被用于第四纪地质、考古、土壤等研究领域。在90年代后期，在发达国家被广泛用于环境变迁的研究中。目前在城市环境污染调查、水道湖泊重金属污染调查等环境研究课题中，磁化率也是一个有价值的分析参数。对于物质磁化率的测量主要利用磁化率仪。目前，国内外常见的有以下几种磁化率仪：<1>英国巴林顿公司的MS-2型磁化率仪。灵敏度(SI)为2*10^-6；主要用途：室内样品精确测定，野外剖面测量；测量时间：12秒；可连接计算机，但占用计算机；重量为2Kg。<2>捷克产KLY-2型磁化率仪。灵敏度(SI)为9.5*10^-7；主要用途：室内样品精确测定，不可野外剖面测量；测量时间：5秒；需另配计算机接口；重量为30Kg。<3>南京地矿所产HKB-1型磁化率仪。灵敏度(SI)为2*10^-7；主要用途：室内样品精确测定，不可野外剖面测量；测量时间：5秒；可连接计算机，但占用计算机；重量为30Kg。<4>北京地质仪器厂产WC-1型磁化率仪。灵敏度(SI)为1*10^-8；主要用途：室内样品精确测定，不可野外剖面测量；测量时间：60秒；不可连接计算机；重量为4Kg。在以上几种磁化率仪中除英国巴林顿公司的MS-2型磁化率仪外都不能进行野外剖面测量，而且相当笨重。但MS-2型磁化率仪的售价则比较昂贵，许多单位购置不起。在某些湖泊沉积物的研究中，当沉积物的磁化率值非常低时，它的灵敏度又显得不够高。而且MS-2型磁化率仪在野外不能实现数据自动记录，室内测量速度也比较慢。

本实用新型的目的则是针对上述磁化率仪现状，为了推动我国“环境磁学”研究的发展，研制一种集传感技术和单片型微机数据采集处理技术于一体，野外室内两用的便携式智能化磁化率仪。

本实用新型技术的目的是这样实现的：该智能化磁化率仪由探头和主机组成。探头是由一个线圈绕制成的电感元件L和电容元件C组成的串联谐振槽路；槽路与反馈元件组成正弦波振荡电路；然后连接至波型变换器的输入；则输出为一前、后沿陡峭的方波；再将其输入至87C51内部；87C51内部的10MHz晶振提供0.1微秒的计数时基脉冲，来自探头的470Hz信号，经N分频后进入T0端，作为计数闸门，对时基脉冲进行计数(即频率检测)；当线圈中放入样品后，计数值发生变换，将差值处理后输出至面板上的液晶显示屏显示数据，或送串、并行接口，将数据输出至打印机或微机；这样就完成了磁化率的测量工作。

下面结合附图做进一步具体介绍：图1是本实用新型各组成部分连接示意图，其中1是样品，2是探头，3是主机，4是显示屏，5是键盘，6是微机，7是打印机。图2是本实用新型原理框图。图3是振荡电路的工作原理图(a为负阻L-C振荡器，b为采用运放获得的负阻)。图4是波形变换器原理图。图5为87C51及外围电路结构框图。图6是本实用新型主机电原理图。

振荡电路采用负阻型桥式振荡电路，用一级运放产生负阻效应，以补偿L-C串联电路中串联谐振电阻。

测量时将样品置于电感线圈L之中或将线圈L放置在待测点的平面上，则相当于在线圈中充填了视磁化率为κ’的磁介质。这时，线圈元件的电感量与介质的视磁化率有关，在均匀磁路的情况下，其电感L与视磁化率成正比。即 $L=\frac{N^2*S}{l}*(1+4\mathrm{\&pi;}{\mathrm{\&kappa;}}^{\&prime;})$

其中：N＝线圈匝数

      S＝线圈的截面积

      l＝磁路路程

      κ’＝介质的视磁化率

图3为振荡电路的工作原理图，R用来调节负阻的大小，使振荡器的输出为一理想的正弦波。为达到磁化率测定的要求，振荡器应有较高的稳定度，故在电路中加了适当的补偿元件，同时对运放及阻容元件的热稳定性也要求极高。该电路的振荡频率由电抗的元件值决定，ω₀＝(LC)^-1/2。为了避免50HZ工频电源对测定磁化率的影响，振荡频率选在工频50HZ的九次与十次谐波之间，即f₀＝470HZ，这个频率也是Fe₃O₄单晶体在室温下磁谱曲线将要开始下降的位置。

如图4所示波形变换采用高压摆率运放组成过零检测电路(即波形变换器)。它将前级的正弦波信号变换成前、后沿十分陡峭的方波，以适应对微小的频率变化进行检测。

波形变换后由87C51单片微机及外围电路组成检测电路(主机)。如前所述，当样品置于电感线圈L中或将线圈放置在待测点的平面上，其电感的变化与视磁化率成正比。若样品属顺磁性，则(L＝L₀+L)，L值增大振荡频率变低。反之，样品为逆磁性时，L值减小振荡频率变高。这一微小的变化，可通过87C51控制检测。

图5为主机电路结构框图。仪器面板上的功能键经图6中4532编码器，对87C51发出控制指令。图6中10MHz晶振提供0.1微秒的计数时基脉冲，来自探头的470Hz信号，经N分频后进入T₀端，作为计数闸门。当探头线圈内未放入样品时，手按校准键一次，闸门开启一次，对10MHz的时基脉冲进行计数。该数为有效值为8位的十进制数，是磁化率为零的空气介质的基准值，存放于87C51的内部R寄存器。而将样品放于探头线圈内后，每按测量键一次，闸门开启一次，这次的计数值与没有样品时的计数值相减，余数即为所测得的样品的磁化率值。仪器的测定值，是事先把已知磁化率值的样品作为标样，然后进行测量校正后确定。校正方法十分简单，只需对计数闸门时间作微小调整，就可将测定值校正到标样的已知值。因电感与磁化率成正比关系，当振荡器的稳定度满足测量精度的要求时，理论上，测定值是线性的。故磁化率值大的样品与磁化率值小的样品，勿需作线性校正。以上所述的测量值κ’是视磁化率，若需计算出的样品的真磁化率κ，可利用近似球型样品的换算公式： $\mathrm{\&kappa;}=\frac{{\mathrm{\&kappa;}}^{\&prime;}}{1-(4/3)\mathrm{\&pi;}{\mathrm{\&kappa;}}^{\&prime;}}$

本实用新型可对测量范围在+0.1-+9999SI和-0.1--9999SI单位的样品直观测量。闸门时间为1.2秒，计数时基脉冲为0.1微秒，显示器所示的0.1即代表0.1SI的磁化率值，故其灵敏度可达1*10^-7，这是本实用新型的关键技术。测量数据一路经图6中7211送到液晶显示器，另一路送到图6中62256内存。当需要传送数据时，按打印键，数据通过接口电路串行输出，或通过图6中374、244接口电路并行输出。

本实用新型包括：两个专用传感器；一个特殊振荡器；87C51单片微机处理系统；操作、记录液晶显示器；标准计算机串、并行输出接口；数据传输软件；数据处理软件。

本实用新型最大特点是：数据自动存储、输出，测量精度高，速度快，使用简便，成本低廉。

本实用新型主要技术指标如下：

1.测量灵敏度：±1×10^-6SI

2.测量精度：±3×10^-6SI

3.测量范围：±0.1～±9999SI

4.使用范围：野外剖面测量\室内精确测量

5.接口：RS232\LPT口

6.内存储器：32K，可存储6000个数据

7.测量时间：1.2S

8.重量：1.5KG

9.体积：235×220×60mm

10.电源：12VDC，220VAC

由上可见，本实用新型的性能比MS-2磁化率仪优越得多，特别是在室内对样品作精确测量时，该智能化磁化率仪测量一个样品只需1.2秒。而MS-2型磁化率仪则需12秒，若外界存在较强的电磁干扰时，还无法测量。再者，MS-2型磁化率仪虽然能够经内置接口与微机联接，但不能做成块数据传送，数据只能在微机控制下进行单个测量传送，占用一台微机。而本实用新型本身就是一台微机化的测量仪器，具有32K内存，可供6000个编号样品的测量值的存储，在测量过程中不占用微机，也不需要手工记录，随时都可传送。关机后，测量数据可以长期保存。

目前，本实用新型已在我国的黄土、沙漠的研究中使用。中科院北京地质所、沙漠所及西北大学等单位在使用中均获良好效果。本实用新型的研制成功，打破了“环境磁学”研究工作中完全依赖于进口的被动局面，节约大量外汇，填补了我国在该领域的空白。

Claims (3)

1.一种由探头和主机组成的智能化磁化率仪，其特征是由84C51单片微机及外围电路组成检测电路，仪器面板上的功能键可经过4532编码器对87C51发出控制指令，由10MH_z晶振提供0.1微秒的计数时基脉冲。

2.由权利要求1所述的智能化磁化率仪，其特征是探头由线圈绕成的电感元件L和电容C组成串联谐振槽路，其振荡频率为470Hz。

3.由权利要求1所述的智能化磁化率仪，其特征是用7211作为把测量数据送到液晶显示器的器件，用62256作为测量数据内存。

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