一种数字化磁通门磁力仪系统技术方案

本发明专利技术公开了一种数字化磁通门磁力仪系统，包括：探头，配置用于进行对被测磁场进行磁通门信号检测；数字激磁器，连接探头和MCU芯片，配置用于接收MCU芯片发来的配置频率，产生相应频率的激励信号，激励探头；磁信号放大处理器，连接探头，提取探头检测到的磁场信息，将磁场信息转化为电压信号；A/D采样器，连接磁信号放大处理器和MCU芯片，配置用于对电压信号进行A/D采样后送入MCU芯片；温度检测器，连接MCU芯片，配置用于检测环境温度，并将温度值送入MCU芯片；MCU芯片，通过串口模块连接至PC上位机，配置用于获取A/D采样后的电压信号以及温度值，送入PC上位机进行磁场强度的计算和显示。

A digital fluxgate magnetometer system

The invention discloses a digital fluxgate magnetometer system, including a probe configuration for for fluxgate signal detection of the measured magnetic field; digital exciter, connecting probe and MCU chip configuration is used to configure the frequency to receive the MCU chip, the probe excitation signal, generates the corresponding frequency of the magnetic signal amplifying processor; connect the probe, information extraction, magnetic field probe to detect the magnetic field information, will be transformed into a voltage signal; A/D sampler, connecting the magnetic signal amplifying processor and MCU chip, the configuration for the voltage signal was sent into MCU A/D sampling chip; temperature detector, connection MCU chip is configured to detect the ambient temperature, and the temperature value is sent to MCU chip; MCU chip, connected to the PC host computer through the serial port module is configured for obtaining A/D after sampling the voltage signal and temperature value, It is sent into the PC computer to calculate and display the intensity of the magnetic field.

【技术实现步骤摘要】
一种数字化磁通门磁力仪系统
本专利技术涉及磁场测量
，具体涉及一种数字化磁通门磁力仪系统。
技术介绍
磁场测量技术具有悠久的历史，其在诸多领域，如地球物理、空间技术、军事工程、工业、生物学、医学和考古学等都得到了广泛应用。众多的测磁仪器中，磁通门磁力仪由于重量轻、体积小、电路简单、灵敏度高、稳定性好、功耗低、易于实现数字化和适于在高速运动系统中使用等优点，被广泛用于各种场合的磁场测量，尤其适合在零磁场附近和弱磁条件下应用。磁通门磁力仪除了可以测量磁场强度，还能测量磁场在某一轴向上的分量，进而测量方向。目前磁通门磁力仪是进行星际磁测、航空磁测、岩石弱磁场参数测量、考古等微弱磁场测量的最为理想的测量仪器之一。除了在宇航工程中的应用，磁通门磁力仪还广泛用于地磁测量、地质勘探、能源勘测、舰船导航、武器侦查、材料无损探伤等领域。目前市面上出现的磁通门磁力仪大多依赖进口，不仅结构复杂而且造价高昂。因此在不降低精度的情况下，结构简化、造价低的磁通门磁力仪系统是目前主要的研究方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种数字化磁通门磁力仪系统，采用单铁芯单绕组的探头，以及使用单片机直接产生数字激磁信号，并且采用了结构简单的脉冲幅值法提取调制后的磁通门信号，使得该磁力仪不仅成本低廉而且结构简单。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种数字化磁通门磁力仪系统，该系统用于对待测磁场进行磁场检测，系统包括探头、数字激磁器、磁信号放大处理器、A/D采样器、温度检测器、MCU芯片、串口模块和PC上位机。探头，配置用于进行对被测磁场进行磁通门信号检测。数字激磁器，连接探头和MCU芯片，配置用于接收MCU芯片发来的配置频率，产生相应频率的激励信号，输入至探头，对所探头进行激励。磁信号放大处理器，连接探头，用于提取探头检测到的磁场信息，将磁场信息转化为电压信号。A/D采样器，连接磁信号放大处理器和MCU芯片，配置用于对电压信号进行A/D采样后送入MCU芯片。温度检测器，连接MCU芯片，配置用于检测环境温度，并将温度值送入MCU芯片。MCU芯片，通过串口模块连接至PC上位机，配置用于获取A/D采样后的电压信号以及温度值，送入PC上位机。PC上位机获取A/D采样后的电压信号以及温度值进行磁场强度的计算和显示。在本专利技术的一个或多个实施例中，探头为单芯结构，由一个铁芯以及绕铁芯一周的绕组组成。在本专利技术的一个或多个实施例中，激磁器由第一运算放大器、第五电阻R5、第四电阻R4、第六电阻R6、第九电容C9、第十电容C10以及第十一电容C11组成；其中第一运算放大器采用OPA227的包括正输入端3、负输入管脚2、正电压管脚7、负电压管脚4以及输出管脚6；其中负输入管脚2通过第五电阻R5连接至MCU芯片，正输入管脚3一方面通过第四电阻R4连接－5V电压，另一方面通过第六电阻R6接至+5V电压，正电压管脚7接至+5V电压，负电压管脚4接至－5V电压，输出管脚6连接第十电容C10；其中+5V电压通过第九电容C9接地；－5V电压通过第十一电容C11接地。配置频率为4KHz。在本专利技术的一个或多个实施例中，磁信号放大处理器包括正负峰值检波电路、积分滤波放大电路、闭环反馈电路以及电压跟随电路组成。正负峰值检波电路对探头检测到的磁场信息检波处理，滤除由激磁器的激磁磁场产生的上下对称的信号，得到脉动的磁通门信号。积分滤波放大电路对脉动的磁通门信号进行滤波放大处理输出平滑的直流磁通门信号。闭环反馈电路用于将平滑的直流磁通门信号反馈至探头。电压跟随电路用于对平滑的直流磁通门信号进行电压跟随输出。在本专利技术的一个或多个实施例中，A/D采样器为AD7705芯片。在本专利技术的一个或多个实施例中，温度检测器为数字式温度传感器DS18B20。在本专利技术的一个或多个实施例中，MCU芯片为8位单片机ATmega8L。在本专利技术的一个或多个实施例中，串口模块为RS232收发器。本专利技术具有如下优点：1、采用单铁芯单绕组的探头，以及使用单片机直接产生数字激磁信号，并且采用了结构简单的脉冲幅值法提取调制后的磁通门信号，使得该磁力仪不仅成本低廉而且结构简单，具有较强的现实意义。2、本专利技术将探头设计成单铁芯单绕组的结构。单绕组就是激磁线圈和感应线圈是同一组绕线。与传统结构采用的激磁线圈和感应线圈两组绕线相比，单饶组更容易保证激磁线圈和感应线圈的对称性，一方面提高了信号噪声的比例，另一方面，减小了探头的体积、降低了功耗，并且增加了探头的稳定性。3、本专利技术设计了一种由单片机产生方波激励信号的数字激磁法，激磁信号的频率可调，这不仅减小了因探头的差异带来的系统误差，而且也改善了传统RC模拟激磁电路的稳定性问题。磁信号处理电路采用结构简单的脉冲幅值法取代了传统复杂的二次谐波法，简化了电路设计，并降低了系统功耗。为解决磁通门磁力仪所固有的系统温漂问题，设计增加了温度检测器，并研究了温度漂移自动补偿方法。附图说明图1为本专利技术实施例所提供的数字化磁通门磁力仪系统组成框图。图2(a)为本专利技术探头的结构示意图；图2(b)为本专利技术探头的结构尺寸示意图；图3为本专利技术激磁器的电路图；图4为本专利技术磁信号放大处理器的电路图；图5为本专利技术A/D采样器的电路图；图6为本专利技术温度检测器的电路图；图7为本专利技术MCU芯片的电路图；图8为本专利技术串口模块的电路图。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例1一种数字化磁通门磁力仪系统，该系统用于对待测磁场进行磁场检测，系统的组成框图如图1所示，包括探头、数字激磁器、磁信号放大处理器、A/D采样器、温度检测器、MCU芯片、串口模块和PC上位机。探头，配置用于进行对被测磁场进行磁通门信号检测。数字激磁器，连接探头和MCU芯片，配置用于接收MCU芯片发来的配置频率，产生相应频率的激励信号，输入至探头，对所探头进行激励。磁信号放大处理器，连接探头，用于提取探头检测到的磁场信息，将磁场信息转化为电压信号。A/D采样器，连接磁信号放大处理器和MCU芯片，配置用于对电压信号进行A/D采样后送入MCU芯片。温度检测器，连接MCU芯片，配置用于检测环境温度，并将温度值送入MCU芯片。MCU芯片，通过串口模块连接至PC上位机，配置用于获取A/D采样后的电压信号以及温度值，送入PC上位机。PC上位机获取A/D采样后的电压信号以及温度值进行磁场强度的计算和显示。本实施例中还可以采用手持终端进行磁场强度的计算和显示。其中各组成部分具体设计如下：1.探头探头的结构主要分为单芯、双芯、环形和跑道形几种形式，其中环形和跑道形探头灵敏度高、功耗小，但测量的方向性不强，工艺上稍显复杂；单芯、双芯方向性强、功耗较大，结构简单，因此可以说不同结构的探头结构各有优势。基于项目需求和其他各方面的综合考虑，本专利技术采用图2(a)的形式，即将探头设计成单铁芯单绕组的结构。另外，该磁通门采用与坡莫合金IJ90膨胀系数相近的电工陶瓷作为线圈的骨架，它的外形尺寸为Ф6*15mm，结构尺寸如图2(b)所示。2.数字激磁器传统的激磁信号通常是正弦波，考虑到方波较易实现数字化，所以本专利技术采用方波激励。磁通门激磁电路包括频率源和功率放大电路。频率源用来产生频率稳定的信号，本专利技术选用ATmega8L单片机产生PWM的波形作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字化磁通门磁力仪系统，其特征在于，所述系统用于对待测磁场进行磁场检测，所述系统包括探头、数字激磁器、磁信号放大处理器、A/D采样器、温度检测器、MCU芯片、串口模块和PC上位机；所述探头，配置用于进行对被测磁场进行磁通门信号检测；所述数字激磁器，连接所述探头和所述MCU芯片，配置用于接收所述MCU芯片发来的配置频率，产生相应频率的激励信号，输入至所述探头，对所探头进行激励；所述磁信号放大处理器，连接所述探头，用于提取所述探头检测到的磁场信息，将所述磁场信息转化为电压信号；所述A/D采样器，连接所述磁信号放大处理器和MCU芯片，配置用于对所述电压信号进行A/D采样后送入所述MCU芯片；所述温度检测器，连接所述MCU芯片，配置用于检测环境温度，并将温度值送入所述MCU芯片；所述MCU芯片，通过串口模块连接至所述PC上位机，配置用于获取A/D采样后的电压信号以及所述温度值，送入所述PC上位机；所述PC上位机获取A/D采样后的电压信号以及所述温度值进行磁场强度的计算和显示。

【技术特征摘要】
1.一种数字化磁通门磁力仪系统，其特征在于，所述系统用于对待测磁场进行磁场检测，所述系统包括探头、数字激磁器、磁信号放大处理器、A/D采样器、温度检测器、MCU芯片、串口模块和PC上位机；所述探头，配置用于进行对被测磁场进行磁通门信号检测；所述数字激磁器，连接所述探头和所述MCU芯片，配置用于接收所述MCU芯片发来的配置频率，产生相应频率的激励信号，输入至所述探头，对所探头进行激励；所述磁信号放大处理器，连接所述探头，用于提取所述探头检测到的磁场信息，将所述磁场信息转化为电压信号；所述A/D采样器，连接所述磁信号放大处理器和MCU芯片，配置用于对所述电压信号进行A/D采样后送入所述MCU芯片；所述温度检测器，连接所述MCU芯片，配置用于检测环境温度，并将温度值送入所述MCU芯片；所述MCU芯片，通过串口模块连接至所述PC上位机，配置用于获取A/D采样后的电压信号以及所述温度值，送入所述PC上位机；所述PC上位机获取A/D采样后的电压信号以及所述温度值进行磁场强度的计算和显示。2.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述探头为单芯结构，由一个铁芯以及绕铁芯一周的绕组组成。3.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述激磁器由第一运算放大器、第五电阻(R5)、第四电阻(R4)、第六电阻(R6)、第九电容(C9)、第十电容(C10)以及第十一电容(C11)组成；其中第一运算放大器采用OPA227的包括正输入端(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：瞿少成，黄芝龙，王能河，罗文，潘冬，
申请(专利权)人：华中师范大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42