專利名稱：數(shù)字化分量質(zhì)子磁力儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用質(zhì)子旋進(jìn)方式測(cè)量地磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁力儀，尤其是能夠用數(shù)字化方式進(jìn)行地磁總場(chǎng)與分量測(cè)量以及具有對(duì)補(bǔ)償電流進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)定功能的分量質(zhì)子磁力儀。
背景技術(shù)：
目前，在我國(guó)地震地磁觀測(cè)臺(tái)站普遍使用的地磁絕對(duì)觀測(cè)儀器是質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀，它們都是從地質(zhì)地磁儀器演化過來的，自動(dòng)化程度低，一般只能測(cè)量地磁總場(chǎng)強(qiáng)度，在測(cè)量地磁分量時(shí)，需要外加一個(gè)或兩個(gè)恒流源配合分量線圈進(jìn)行分量觀測(cè)，往往只能做到手動(dòng)選頻、手動(dòng)觀測(cè)和手動(dòng)標(biāo)定。利用進(jìn)口儀器外加恒流源改裝的分量測(cè)量裝置，雖然能夠做到連續(xù)觀測(cè)，但由于其恒流源是外加的模擬電流源，因而電流的選擇和標(biāo)定還是需要手動(dòng)來進(jìn)行；這種改裝的分量測(cè)量裝置，由于儀器本身不具備磁偏角的測(cè)量功能，因而不能用儀器直接測(cè)得磁偏角D的值，需要借助其他手段計(jì)算才能得到。隨著信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，各種觀測(cè)儀器也正朝著信息化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。因而，目前普遍使用的質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀，在進(jìn)行分量觀測(cè)時(shí)存在著許多不足，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足信息時(shí)代的發(fā)展要求，因此地磁核旋觀測(cè)技術(shù)應(yīng)緊跟信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化觀測(cè)、傳輸與存儲(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服目前地震地磁觀測(cè)臺(tái)站普遍使用的質(zhì)子磁力儀的諸多不足，滿足地震地磁觀測(cè)臺(tái)站的不同需求，適應(yīng)遠(yuǎn)程無(wú)人值守的數(shù)字化觀測(cè)的需要。本發(fā)明提供了一種數(shù)字化分量質(zhì)子磁力儀，該數(shù)字化分量質(zhì)子磁力儀不僅能夠根據(jù)選擇在自動(dòng)或手動(dòng)狀態(tài)下測(cè)量地磁總場(chǎng)和分量及其組合，而且能夠用數(shù)字化方式輸出補(bǔ)償電流，并且能夠?qū)ρa(bǔ)償電流進(jìn)行數(shù)字化方式的設(shè)置、選擇和標(biāo)定。該數(shù)字化分量質(zhì)子磁力儀能夠?qū)y(cè)量信號(hào)實(shí)施數(shù)字化選頻與自動(dòng)跟蹤，并可以匹配不同參數(shù)的探頭和一定范圍內(nèi)任意長(zhǎng)度的信號(hào)傳輸線。該數(shù)字化分量質(zhì)子磁力儀的通信工作方式是靈活的、可選擇的，通信波特率和通信協(xié)議都可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置。該磁力儀的實(shí)時(shí)時(shí)鐘是軟件時(shí)鐘與硬件時(shí)鐘同步運(yùn)行時(shí)鐘，并可以用多種方式對(duì)其進(jìn)行校時(shí)，確保了時(shí)鐘的可靠性與精確性。
本發(fā)明的原理框圖如附圖1，控制軟件主流程圖如附圖2。
本發(fā)明的所采用的技術(shù)方案1.質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀的基本測(cè)量原理具有自旋磁矩和自旋角動(dòng)量的質(zhì)子，在地磁場(chǎng)的作用下，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)以地磁場(chǎng)方向?yàn)檩S的拉莫爾旋進(jìn)，其旋進(jìn)頻率與地磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系為F＝2πfp/γp＝23.487215fp(1)式中T為地磁場(chǎng)強(qiáng)度，單位為nT；fp為質(zhì)子旋進(jìn)頻率，單位為Hz；γp為旋磁比，γp＝0.26751513·108弧度/特斯拉·秒；(1994年國(guó)際科聯(lián)科技委員會(huì)推薦)本發(fā)明就是利用上述原理測(cè)量地磁場(chǎng)強(qiáng)度的，儀器的探頭由無(wú)磁性外殼和線圈組成，線圈內(nèi)充滿高純度的煤油，煤油中含有大量的氫質(zhì)子，質(zhì)子旋進(jìn)時(shí)在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其頻率與質(zhì)子旋進(jìn)頻率相同。測(cè)量時(shí)將線圈軸線置于磁東西方向上，先在線圈中通以強(qiáng)電流，強(qiáng)迫質(zhì)子磁矩沿線圈軸線方向排列，此過程稱之為磁化。然后斷開電流，質(zhì)子磁矩將圍繞地磁場(chǎng)作旋進(jìn)運(yùn)動(dòng)，并在探頭線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。在探頭容器中液體的極化時(shí)間越長(zhǎng)會(huì)使越多的質(zhì)子向極化場(chǎng)的方向取向，這意味著在測(cè)量中能得到持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的較強(qiáng)的信號(hào)，使得測(cè)量磁場(chǎng)的分辨率可以得到提高。根據(jù)極化場(chǎng)的大小，通常情況下，極化時(shí)間在2-6秒，在本發(fā)明中，選擇的極化時(shí)間為4秒。
由于在探頭中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)非常微弱，僅在微伏級(jí)，因此必須進(jìn)行選頻放大，把信號(hào)放大到足夠的強(qiáng)度，才能進(jìn)行測(cè)量。測(cè)出線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率，應(yīng)用公式(1)，便可求出地磁場(chǎng)的值。
本發(fā)明與赫姆霍茨線圈配合，分別可測(cè)量地磁總場(chǎng)F，水平分量H(或垂直分量Z)、磁偏角D及其之間的組合。
測(cè)量地磁總場(chǎng)F時(shí)，補(bǔ)償線圈不通電流。
測(cè)量水平分量H時(shí)，需要在補(bǔ)償線圈中產(chǎn)生一垂直磁場(chǎng)，抵消掉地磁總場(chǎng)的垂直分量Z。
測(cè)量水平分量Z時(shí)，需要在補(bǔ)償線圈中產(chǎn)生一水平磁場(chǎng)，抵消掉地磁總場(chǎng)的水平分量H。
測(cè)量磁偏角D的方法較為復(fù)雜，是按照一定的幾何關(guān)系測(cè)量并計(jì)算而得到的。
2.數(shù)字化選頻放大與自動(dòng)跟蹤技術(shù)2.1數(shù)字化選頻在質(zhì)子磁力儀測(cè)量系統(tǒng)中，探頭是感性元件，所測(cè)量的信號(hào)是頻率信號(hào)，本數(shù)字化分量質(zhì)子磁力儀就是利用LC并聯(lián)諧振回路進(jìn)行選頻測(cè)量的，根據(jù)諧振公式f=12πLC------(2)]]>(式(2)中L是探頭的電感量，C是儀器中的配諧電容值，f是LC諧振回路的中心頻率。)只要使探頭的電感量L和儀器中配諧電容C較準(zhǔn)確地配諧，就會(huì)使回路的諧振頻率f共振在探頭中質(zhì)子旋進(jìn)頻率fp的附近，使儀器能選到正確的測(cè)量信號(hào)。探頭的電感量是個(gè)固定值，其電感量生產(chǎn)廠家一般都要說明，也可以用專用儀器測(cè)量得到。只要能根據(jù)需要測(cè)量的信號(hào)頻率給出較為準(zhǔn)確的配諧電容值C，就能將該頻率信號(hào)選取出來。
由式(2)可得C=1(2πf)2·L-----(3)]]>式(3)中，探頭電感量L為已知的常數(shù)，要得到需要配諧的電容值C，必須確定共振回路的中心頻率f，這個(gè)頻率必須與探頭中質(zhì)子旋進(jìn)頻率fp的接近。一個(gè)地區(qū)磁場(chǎng)的大致范圍是可以知道的，即使不知道，我們也可以在一定內(nèi)范圍內(nèi)估計(jì)一個(gè)值，將該地區(qū)的大致磁場(chǎng)值或估計(jì)值T0設(shè)置到本發(fā)明中，并在本發(fā)明中以此值計(jì)算出相對(duì)應(yīng)頻率F0，并確定為共振回路的中心頻率f，并以此頻率計(jì)算出配諧電容的值C0。即C0=1(2πF0)2·L-------(4)]]>其中F0＝T0/23.487215，單位為nT。
將計(jì)算得出的配諧電容值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制位權(quán)碼，并用來控制電容矩陣電路，對(duì)質(zhì)子旋進(jìn)的感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化選頻。如果磁場(chǎng)值T0所對(duì)應(yīng)的頻率F0越接近需要測(cè)量的信號(hào)頻率fp，所計(jì)算出的配諧電容值就越精確，在共振回路中得到的信號(hào)就越強(qiáng)。
2.2自動(dòng)跟蹤技術(shù)為了能夠在共振回路中連續(xù)得到較強(qiáng)的測(cè)量信號(hào)，我們采用了選頻自動(dòng)跟蹤技術(shù)，由于本數(shù)字化分量質(zhì)子磁力儀自動(dòng)連續(xù)測(cè)量的是分鐘值，而地磁場(chǎng)的變化相對(duì)又比較緩慢，一分鐘之內(nèi)變化最多也就是幾個(gè)nT；因此，前一分鐘的信號(hào)頻率與后一分鐘的信號(hào)頻率非常接近。利用地磁場(chǎng)變化的這一特性，我們依據(jù)前一分鐘測(cè)量值Ti算出相應(yīng)的信號(hào)頻率Fi，并作為下一次信號(hào)測(cè)量時(shí)選頻回路的中心諧振頻率fi，以此，根據(jù)公式(4)得到需要的配諧電容值Ci。依據(jù)這個(gè)原理，不斷地用上次的測(cè)量結(jié)果，對(duì)下一次測(cè)量進(jìn)行自動(dòng)選頻，這就是本分量質(zhì)子磁力儀選頻的自動(dòng)跟蹤原理。為了防止干擾對(duì)選頻跟蹤的影響，在本發(fā)明的實(shí)際設(shè)計(jì)中，采用上兩次測(cè)量結(jié)果的平均值對(duì)下一次測(cè)量進(jìn)行自動(dòng)跟蹤選頻。
2.3探頭參數(shù)、信號(hào)線分布電容的匹配與修正方法為了克服一種儀器只能匹配一種參數(shù)的探頭和信號(hào)傳輸線不能任意長(zhǎng)短的不足。在本發(fā)明中，可以將探頭的參數(shù)通過儀器鍵盤設(shè)置在本發(fā)明中，使參與數(shù)字化選頻運(yùn)算的探頭參數(shù)成為可以設(shè)置的常數(shù)，為本發(fā)明可以匹配不同參數(shù)探頭提供了方便。此外，由于信號(hào)線存在分布電容ΔC，使得選頻共振回路的選頻電容值成為C+ΔC；如果ΔC的值較大的話，將使選頻回路的共振頻率較多地偏離應(yīng)該測(cè)量的質(zhì)子旋進(jìn)頻率，使選頻的信噪比下降，甚至?xí)?dǎo)致儀器得不到所要的信號(hào)。由于探頭信號(hào)線的分布電容可以用儀器測(cè)量得到，如果能通過鍵盤將分布電容ΔC設(shè)置到儀器中，并在進(jìn)行數(shù)字化配諧時(shí)扣除分布電容ΔC的影響，就可以實(shí)現(xiàn)較準(zhǔn)確的選頻配諧。在本發(fā)明中，利用這種方法，有效地解決了信號(hào)線分布電容給儀器測(cè)量造成的影響，并可以使信號(hào)傳輸線在一定范圍內(nèi)任意長(zhǎng)短，為用戶的使用提供了方便。
3.信號(hào)測(cè)量的方法(等周期分頻計(jì)數(shù)測(cè)量原理)探頭中線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率信號(hào)經(jīng)選頻放大以后，現(xiàn)在就是怎樣來測(cè)量了。測(cè)量這個(gè)頻率的方法有好多種，本數(shù)字化分量質(zhì)子磁力儀采用的是等周期分頻計(jì)數(shù)測(cè)量法，就是利用磁場(chǎng)測(cè)量的自動(dòng)跟蹤值或設(shè)定值所對(duì)應(yīng)的質(zhì)子旋進(jìn)頻率按固定周期計(jì)算一個(gè)分頻比，并將需要測(cè)量的頻率信號(hào)按這個(gè)分頻比進(jìn)行分頻，然后測(cè)量分頻后信號(hào)的一個(gè)正向脈沖寬度(半周期)。
具體做法是以此脈沖作為門控信號(hào)，計(jì)數(shù)單片機(jī)內(nèi)部周期的方波個(gè)數(shù)來求得此脈沖的寬度，從而算出被測(cè)量信號(hào)的頻率，以此便可得出需要測(cè)量的地磁場(chǎng)。本儀器采用的單片機(jī)晶振頻率為12MHz的溫補(bǔ)晶振，其機(jī)器周期為1μS。設(shè)K為利用跟蹤值或設(shè)定值T0所對(duì)應(yīng)的質(zhì)子旋進(jìn)頻率按固定周期t計(jì)算的分頻系數(shù)，探頭磁化后質(zhì)子旋進(jìn)信號(hào)的頻率為fp，其周期為1/fp，此信號(hào)放大整形后成為方波信號(hào)，經(jīng)K分頻后，其方波周期為K/fp，用單片機(jī)系統(tǒng)測(cè)其正向脈寬(半周期)為N(單位μS)，便可算出磁場(chǎng)強(qiáng)度T的值。它們符合下列關(guān)系K=t·T0234872.15]]>(t為固定分頻周期，本發(fā)明中取0.71s) (5)12·K·1fp=N·10-6-------(6)]]>由于fp＝T/23.487215，將fp代入上式(6)，并整理得到T=K·23.487215·1062N(nT)------(7)]]>以上就是本數(shù)字化分量質(zhì)子磁力儀對(duì)測(cè)量的頻率信號(hào)進(jìn)行測(cè)量的等周期分頻測(cè)量法。
4.分量補(bǔ)償測(cè)量原理與數(shù)字化標(biāo)定方法4.1補(bǔ)償原理在分量核旋儀測(cè)量垂直分量Z時(shí)，需要在霍姆赫茲補(bǔ)償線圈中通過一電流，使之產(chǎn)生與水平分量H相抵消的磁場(chǎng)；同樣在測(cè)量水平分量H時(shí)，需要在補(bǔ)償線圈中產(chǎn)生一磁場(chǎng)，以抵消垂直分量Z。現(xiàn)在以測(cè)量水平分量H為例，說明一下分量測(cè)量的原理和方法。即HP=H2+(Z1-Z)2------(8)]]>HP為分量核旋儀測(cè)量水平分量的讀數(shù)，H是地磁場(chǎng)的水平分量，Z1是霍姆赫茲補(bǔ)償線圈中產(chǎn)生的抵消磁場(chǎng)，Z是地磁場(chǎng)的垂直分量。只有在Z1＝Z時(shí)，才有HP＝H，即所觀測(cè)到的值才是需要觀測(cè)的值。而實(shí)際上，地磁場(chǎng)的垂直分量是一個(gè)不斷在變化的量，再有其他因素的影響，難以做到|Z1-Z|始終絕對(duì)為零，但是要求|Z1-Z|的值越小越好，一般地應(yīng)滿足|Z1-Z|＜100nT。
對(duì)(8)式作二項(xiàng)式展開，且取前兩項(xiàng)可得HP=H+(Z1-Z)22H--------(9)]]>(9)式中Z1＝η·I，η為霍姆赫茲線圈常數(shù)，I為線圈中通過的電流，則(9)式轉(zhuǎn)化為HP=H+η2(I-Hη)22H-----(10)]]>為了求解方便，令η2/(2H)＝a，H/η＝I0，則(10)式變?yōu)镠P＝H+a(I-I0)2(11)分量核旋儀所觀測(cè)到的H值均應(yīng)滿足上面的方程式(11)，即(I，H)各點(diǎn)均應(yīng)落在由式(11)所確定的拋物線上。從式(11)可以看出I＝I0時(shí)，拋物線有極小值HP＝H，此時(shí)所測(cè)量到的就是水平分量，此時(shí)的電流值I0就是需要求得的補(bǔ)償電流值。
同理可以求得垂直分量滿足關(guān)系ZP＝Z+a(I-I0)24.2標(biāo)定方法式(11)中的H、a、b為待定系數(shù)，只要有三組(I，HP)便可以確定所需要求的I0值；因此，可以任意給定三個(gè)電流值I1、I2、I3，測(cè)出三個(gè)相應(yīng)的H1、H2、H3，建立聯(lián)立方程組 由方程組(12)可得I0=(H1-H2)(I12-I32)-(H1-H3)(I12-I22)2[(H1-H2)(I1-I3)-(H1-H3)(I1-I2]-----(13)]]>式(13)所求得的b值即為需要求得的水平分量的補(bǔ)償電流值。
同理可以求得垂直分量的補(bǔ)償電流為I0=(Z1-Z2)(I12-I32)-(Z1-Z3)(I12-I22)2[(Z1-Z2)(I1-I3)-(Z1-Z3)(I1-I2]-----(14)]]>5.磁偏角的測(cè)量原理與偏置電流的標(biāo)定方法5.1磁偏角的測(cè)量原理在本分量核旋儀測(cè)量磁偏角相對(duì)變化θ時(shí)，用與磁軸Z平行的線圈抵消掉Z之后，再用另一組線圈在水平面內(nèi)分別產(chǎn)生東西方向上的兩個(gè)方向相反的偏置磁場(chǎng)C+與C-，同時(shí)測(cè)定偏置磁場(chǎng)C+、C-與水平分量H的合成磁場(chǎng)R+和R-，按照一定的幾何關(guān)系，便可計(jì)算出磁偏角的相對(duì)變化量θ。取|C+|＝|C-|，當(dāng)C+，C-垂直于H時(shí)，則|R+|＝|R-|。當(dāng)測(cè)出|R+|＝|R-|時(shí)，則C+，C-一定垂直于H，此時(shí)H在磁子午線方向上，令此時(shí)的H為H0。當(dāng)水平磁場(chǎng)由H0變?yōu)镠時(shí)，方向變化了一個(gè)角度θ，這個(gè)角度θ就是磁偏角的相對(duì)變化值。如附圖6所示。取C+＝C-＝C，此時(shí)R+2＝H2+C2+2HC sin θ(15)R-2＝H2+C2-2HC sin θ(16)上兩式相減，得R+2-R-2＝4HCsinθθ=arcsin(R+2-R-24HC)------(17)]]>將式(17)進(jìn)行二項(xiàng)式展開，并用單片機(jī)編程計(jì)算，便可以求得磁偏角的相對(duì)變化量θ，若加上磁偏角的基線值D0，便得到磁偏角的準(zhǔn)絕對(duì)值D，即D＝D0+θ。
5.2偏置磁場(chǎng)標(biāo)定方法式(17)中，R+，R-，H是直接測(cè)量得到的值，而C是取值，其大小在本分量核旋儀的實(shí)際工作中取值等于H0，即C+＝C-＝C＝H0；在計(jì)算磁偏角相對(duì)變化時(shí)，是作為常數(shù)參與計(jì)算的；C磁場(chǎng)又是在偏置線圈中通過一固定的偏置電流產(chǎn)生的偏置磁場(chǎng)，由于偏置電流穩(wěn)定性的影響，偏置線圈常數(shù)穩(wěn)定性的影響，以及其他因素的影響，偏置磁場(chǎng)產(chǎn)生漂移在所難免，使偏置磁場(chǎng)的實(shí)際值從C變化到C+ΔC，如果仍然以設(shè)定的C值參與計(jì)算，將會(huì)影響到磁偏角的計(jì)算精度。因此在日常觀測(cè)中，一般使磁偏角的運(yùn)算誤差超過0.01′時(shí)，就需要對(duì)產(chǎn)生偏置磁場(chǎng)的偏置電流IC進(jìn)行標(biāo)定。進(jìn)行偏置磁場(chǎng)標(biāo)定的一種方法是將分量線圈旋轉(zhuǎn)90°，依照分量核旋儀首次儀器調(diào)試時(shí)的方法對(duì)其重新進(jìn)行選取。但這種方法比較麻煩，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，對(duì)操作人員還要有一定的技術(shù)要求，而且在無(wú)人值守或遠(yuǎn)程通信控制的情況下無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
另一種方法，無(wú)需將分量線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，用程序控制的方法便可實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)磁偏角的測(cè)量原理，由式(15)和式(16)相加得R+2+R-2＝2(H2+C2)若實(shí)際的偏置磁場(chǎng)為CP，則有CP=22(R+R+R-2)-2H2------(18)]]>式(18)中，R+，R-，H可以通過直接測(cè)量得到，實(shí)際偏置磁場(chǎng)CP便可以根據(jù)這些直接測(cè)得的磁場(chǎng)值計(jì)算得出。如果產(chǎn)生偏置磁場(chǎng)的電流和線圈常數(shù)都沒有漂移，若忽略其他因素的影響，計(jì)算得出的偏置磁場(chǎng)C值，應(yīng)當(dāng)與初始選定的偏置磁場(chǎng)C0值即H0的值相等。如果不等，說明產(chǎn)生了漂移，就需要對(duì)線圈的補(bǔ)償電流進(jìn)行標(biāo)定。
由于CP＝η·I(I為偏置磁場(chǎng)的偏置電流，η為線圈常數(shù)，CP為根據(jù)式(18)的計(jì)算得到的實(shí)際偏置磁場(chǎng)值。)
由于I為已知的當(dāng)前偏置電流，算出CP以后，便可以得出當(dāng)前的線圈常數(shù)ηη=CPI------(19)]]>得到線圈常數(shù)η以后，再根據(jù)初始設(shè)定的C0值(即H0)得到需要得到的偏置電流I0I0=C0η-----(20)]]>6.測(cè)項(xiàng)選擇功能和方法本發(fā)明可以與不同的赫姆霍茨線圈匹配，分別可測(cè)量地磁總場(chǎng)F，水平分量H(或垂直分量Z)、磁偏角D及其之間的組合。
本發(fā)明提供了對(duì)磁場(chǎng)測(cè)量可以進(jìn)行測(cè)項(xiàng)選擇的功能和方法，它可以根據(jù)需要設(shè)置不同的測(cè)項(xiàng)或測(cè)項(xiàng)組合，并根據(jù)這種設(shè)置進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)觀測(cè)。
具體的測(cè)項(xiàng)選擇設(shè)置方法如下

7.雙時(shí)鐘并行工作方式為了克服實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x器中軟件時(shí)鐘容易死機(jī)和丟失時(shí)鐘參數(shù)的缺陷以及硬件時(shí)鐘運(yùn)行精度較低的不足。本發(fā)明采用了雙時(shí)鐘并行工作方式，它利用硬件時(shí)鐘不停息運(yùn)行和可設(shè)計(jì)成看門狗功能的特點(diǎn)，作為啟動(dòng)時(shí)鐘對(duì)軟件時(shí)鐘進(jìn)行啟動(dòng)運(yùn)行；本發(fā)明的系統(tǒng)晶振采用的是溫度補(bǔ)償晶振，因而利用系統(tǒng)機(jī)器周期而設(shè)計(jì)的軟件時(shí)鐘走時(shí)準(zhǔn)確，利用這個(gè)特點(diǎn)作為實(shí)時(shí)時(shí)鐘，并對(duì)硬件時(shí)鐘不斷地進(jìn)行校時(shí)。而且為了進(jìn)一步保證時(shí)鐘的準(zhǔn)確性，還可以通過手動(dòng)校時(shí)、計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程通信校時(shí)、GPS校時(shí)方式，用外時(shí)鐘對(duì)本發(fā)明進(jìn)行校時(shí)，確保了本發(fā)明時(shí)鐘系統(tǒng)的運(yùn)行既準(zhǔn)確又可靠。
8.可設(shè)置的通信工作方式為了克服一般儀器單一的通信波特率和固定的通信協(xié)議方式的不足，滿足不同用戶對(duì)通信波特率和通信協(xié)議的不同要求。本發(fā)明提供了一種靈活的可設(shè)置的通信工作方式，這種通信工作方式在波特率選擇方面可以根據(jù)用戶的需求設(shè)置不同的通信波特率，在通信協(xié)議方面可以設(shè)置成中國(guó)地震局制定的前兆通信協(xié)議方式、用戶自定義通信協(xié)議方式。在用戶自定義通信協(xié)議方式下，用戶可以自行定義通信協(xié)議。本發(fā)明這種靈活的通信工作方式，為遠(yuǎn)程保密通信提供了條件。
本發(fā)明的有益效果是能夠根據(jù)設(shè)置，在自動(dòng)狀態(tài)下連續(xù)測(cè)量或在暫停狀態(tài)下手動(dòng)測(cè)量地磁總場(chǎng)和分量及其組合，有較強(qiáng)的通用性；能夠用數(shù)字化方式輸出補(bǔ)償電流，并且能夠?qū)ρa(bǔ)償電流進(jìn)行數(shù)字化方式的設(shè)置、選擇和標(biāo)定；能夠?qū)y(cè)量信號(hào)實(shí)施數(shù)字化選頻與自動(dòng)跟蹤，提高了磁場(chǎng)的測(cè)量精度，并可以匹配不同參數(shù)的探頭和一定范圍內(nèi)任意長(zhǎng)度的信號(hào)傳輸線，提高了本發(fā)明的適應(yīng)性；本發(fā)明的通信工作方式是靈活的、可選擇的，通信波特率和通信協(xié)議都可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置；本發(fā)明的實(shí)時(shí)時(shí)鐘是軟、硬件同步運(yùn)行時(shí)鐘，并可以用多種方式對(duì)其進(jìn)行校時(shí)，確保了時(shí)鐘的可靠性與精確性。滿足了地磁觀測(cè)臺(tái)站的不同需求，能夠適應(yīng)遠(yuǎn)程無(wú)人值守的數(shù)字化地磁觀測(cè)的需要。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明的電路原理框圖；圖2是本發(fā)明的控制軟件主流程圖。
圖3是數(shù)字化選頻放大電路。
圖4是等周期分頻測(cè)量電路。
圖5是數(shù)字化電流源電路。
圖6是磁偏角測(cè)量與偏置補(bǔ)償原理圖。
圖7是本發(fā)明的時(shí)鐘電路圖1中(1)探頭、補(bǔ)償線圈與極化電路，(2)配諧電容網(wǎng)絡(luò)，(3)信號(hào)放大電路，(4)數(shù)字濾波電路，(5)等周期分頻電路、鍵盤、顯示驅(qū)動(dòng)電路，(6)鍵盤、顯示電路，(7)單片機(jī)電路，(8)串行通信電路，(9)時(shí)鐘與看門狗電路，(10)地址鎖存、譯碼電路，(11)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路，(12)配諧電容矩陣、數(shù)字濾波、補(bǔ)償電流的控制電路，(13)D/A轉(zhuǎn)換電路，(14)數(shù)字化電流源電路具體實(shí)施方式
1.數(shù)字化選頻放大與自動(dòng)跟蹤技術(shù)的具體實(shí)施方式
數(shù)字化選頻的具體做法是用數(shù)字方式控制電子開關(guān)或繼電器的導(dǎo)通，以達(dá)到控制配諧電容網(wǎng)絡(luò)電容值的目的。如附圖3所示，圖中電子開關(guān)K1～K10(本發(fā)明中采用的是低導(dǎo)通電阻的電子開關(guān)MAX313)和電容C1～C10構(gòu)成了數(shù)控配諧電容網(wǎng)絡(luò)，按二進(jìn)制位權(quán)關(guān)系取值的十個(gè)電容和電子開關(guān)串聯(lián)后再并聯(lián)在一起。十位二進(jìn)制數(shù)A1～A10作為十個(gè)開關(guān)的控制輸入，于是輸入不同的二進(jìn)制數(shù)，電容網(wǎng)絡(luò)將有不同的電容值。A1～A10的具體數(shù)值是根據(jù)式(4)計(jì)算出的二進(jìn)制數(shù)，并扣除信號(hào)線分布電容值而得到的控制代碼。電容網(wǎng)絡(luò)與探頭L并聯(lián)形成LC選頻共振電路，經(jīng)LC共振電路選出的質(zhì)子旋進(jìn)信號(hào)，再經(jīng)由IC1、IC2、IC3組成的測(cè)量放大器進(jìn)行放大。為了更好地得到需要得到的測(cè)量信號(hào)，放大后的信號(hào)又經(jīng)過由IC4、IC5、IC6、IC7組成的數(shù)字濾波器進(jìn)行濾波，最后由IC7第4腳輸出的信號(hào)就是與質(zhì)子旋進(jìn)信號(hào)頻率相同，送單片機(jī)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量的方波信號(hào)。
2.等周期分頻測(cè)量的具體實(shí)施方式
用定時(shí)/計(jì)數(shù)器對(duì)經(jīng)放大處理過的質(zhì)子旋進(jìn)頻率信號(hào)進(jìn)行等周期分頻，分頻后的方波信號(hào)送單片機(jī)測(cè)量其正半周期的寬度，以此寬度按照前面所述的公式(7)便可以計(jì)算出實(shí)際的磁場(chǎng)值。如圖4所示，圖中的IC3(81C55)是一種單片機(jī)并行接口電路，內(nèi)部有一個(gè)14位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，本發(fā)明利用這一定時(shí)/計(jì)數(shù)器進(jìn)行等周期分頻，第3腳是信號(hào)的輸入端，第6腳是信號(hào)的輸出端；輸出后的信號(hào)再送到單片機(jī)89C55的第13腳INT1端，利用單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1測(cè)量該脈沖信號(hào)正半周期的寬度，從而計(jì)算出實(shí)際的磁場(chǎng)值。
3.數(shù)字化電流源的具體實(shí)施方式
用D/A、A/D轉(zhuǎn)換器以及電流輸出電路在微控制器的控制下實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的數(shù)字式電流輸出。如圖5所示，U3是一種16位串行D/A轉(zhuǎn)換電路，它在單片機(jī)U1的控制下，將設(shè)定或修正的16位的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成0～2.5V的電壓輸出，經(jīng)過運(yùn)算放大器U7電壓跟隨以后，輸入給電流控制放大器U4，從而控制由Q1、Q2、D1、R4、R6、R0組成的電流輸出電路，A、B端為電流輸出端，R0為電流取樣反饋電阻，由R0取樣得到的電壓，一路反饋到U4控制電流的輸出，另一路到A/D轉(zhuǎn)換器U6進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的結(jié)果經(jīng)接口電路U2送到單片機(jī)U1中進(jìn)行處理，處理后的結(jié)果再反饋到D/A轉(zhuǎn)換器U3中，以控制A、B端的輸出電流，這樣就形成了一個(gè)電流閉環(huán)控制系統(tǒng)。
4.分量補(bǔ)償電流標(biāo)定方法的具體實(shí)施方式
利用式(13)或(14)選擇拋物線上的三點(diǎn)求得的I0值，有時(shí)會(huì)因?yàn)槟承┮蛩氐挠绊懏a(chǎn)生一些誤差，為了最大限度地避免這種誤差的產(chǎn)生，在發(fā)明的實(shí)際設(shè)計(jì)中，選擇了用拋物線上的五點(diǎn)，求解I0值的方法。具體做法是，給定一初選電流I1，測(cè)出該電流下三組水平分量的數(shù)據(jù)，并取其中間值作為H1，然后在I1的基礎(chǔ)上分別+4mA、+8mA、-4mA、-8mA，并測(cè)得四個(gè)三組數(shù)據(jù)，并分別取其中間值作為H2、H3、H4、H5；儀器根據(jù)拋物線上的這五點(diǎn)，以排列組合的方式，用式(13)或(14)分別求得I01、I02、I03……I08、I09共9個(gè)I0值。為了避免因某些因素對(duì)觀測(cè)值的影響，儀器在計(jì)算時(shí)會(huì)自動(dòng)去除這9個(gè)I0值中兩個(gè)最大值與兩個(gè)最小值，再求剩下的5個(gè)I0值的平均值作為需要求得的最終補(bǔ)償電流值，即I0＝(I01+I02+I03+I04+I05)/5(a)在日常觀測(cè)進(jìn)行補(bǔ)償電流標(biāo)定時(shí)，給定的初選電流I1，就是當(dāng)前正在觀測(cè)時(shí)的補(bǔ)償電流；在儀器初次安裝調(diào)試時(shí)，可以用式(b)進(jìn)行計(jì)算選取。
I1=ZR89.918N-------(b)]]>其中，I1為初選補(bǔ)償電流強(qiáng)度，單位為mA，N為補(bǔ)償線圈的匝數(shù)，R為補(bǔ)償線圈的半徑，單位取cm，Z為測(cè)點(diǎn)補(bǔ)償磁場(chǎng)值或其估計(jì)值，單位取nT。
5.偏置磁場(chǎng)標(biāo)定方法的具體實(shí)施方式
為了保證測(cè)量與運(yùn)算精度，在本發(fā)明中采用連續(xù)測(cè)量三組R+，R-，H，根據(jù)式(18)分別計(jì)算出三組CP(即CP1，CP2，CP3)，并取其中的中間值用式(19)再計(jì)算出線圈常數(shù)η，得出線圈常數(shù)η后，根據(jù)初始設(shè)定的偏置磁場(chǎng)值C0(即H0)，由式(20)計(jì)算出需要得到的偏置磁場(chǎng)的偏置電流I0。
6.實(shí)時(shí)時(shí)鐘的具體實(shí)施方式
本發(fā)明采用了硬件時(shí)鐘和軟件時(shí)鐘并行工作方式，附圖7就是本發(fā)明的硬件時(shí)鐘與單片機(jī)的連接圖，圖中IC1是本發(fā)明單片機(jī)控制芯片89C55，IC2是硬時(shí)鐘芯片DS12887，IC3是CMOS與非門電路CD4011。利用硬件時(shí)鐘不停息運(yùn)行的特點(diǎn)，在系統(tǒng)上電或復(fù)位時(shí)將時(shí)鐘參數(shù)傳輸給軟件時(shí)鐘，啟動(dòng)軟件時(shí)鐘運(yùn)行。本發(fā)明的系統(tǒng)晶振采用的是溫度補(bǔ)償晶振，因而軟件時(shí)鐘走時(shí)準(zhǔn)確，該時(shí)鐘作為系統(tǒng)的正常運(yùn)行的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，并每分鐘對(duì)硬件時(shí)鐘進(jìn)行校時(shí)一次，從而也保證硬件時(shí)鐘走時(shí)的準(zhǔn)確性。
由于DS12887具有報(bào)警功能，本發(fā)明利用這一特點(diǎn)設(shè)置了儀器的看門狗電路。其具體實(shí)施方法是讓系統(tǒng)控制程序定時(shí)為DS12887寫入報(bào)時(shí)時(shí)間值，當(dāng)硬時(shí)鐘運(yùn)行到該報(bào)時(shí)時(shí)間值時(shí)，DS12887將輸出一個(gè)正脈沖，將此正脈沖經(jīng)由IC3組成的單穩(wěn)態(tài)電路整形展寬后接至儀器單片機(jī)89C55的復(fù)位端RESET，使儀器強(qiáng)行復(fù)位。
本發(fā)明具有三個(gè)工作狀態(tài)即自動(dòng)狀態(tài)、暫停(手動(dòng))狀態(tài)和標(biāo)定狀態(tài)，因而以上功能的實(shí)現(xiàn)在三個(gè)不同狀態(tài)時(shí)的做法上有些差異。儀器在自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)控制程序在進(jìn)行一次采樣之前，將下一次采樣觀測(cè)的時(shí)間作為報(bào)時(shí)值寫入DS12887報(bào)警時(shí)間單元，這樣在程序處于正常運(yùn)行時(shí)，在每次采樣之前均會(huì)修改一次報(bào)時(shí)時(shí)間值，從而不會(huì)有復(fù)位脈沖產(chǎn)生。而當(dāng)由于偶然因素的干擾引起死機(jī)時(shí)，由于報(bào)時(shí)值不能及時(shí)得到修改，而硬時(shí)鐘正常計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)到設(shè)置的報(bào)時(shí)時(shí)間時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生復(fù)位脈沖RESET使系統(tǒng)復(fù)位，從而保證儀器處于正常的自動(dòng)工作狀態(tài)。
儀器在暫停(手動(dòng))狀態(tài)和標(biāo)定狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)控制程序?qū)?dāng)前進(jìn)行鍵盤操作時(shí)的時(shí)間與儀器設(shè)定的報(bào)警時(shí)間間隔相加，并將相加后的時(shí)間寫入DS12887報(bào)警時(shí)間單元，本發(fā)明設(shè)定的報(bào)警時(shí)間間隔為30分鐘，只要在30分鐘以內(nèi)有鍵盤操作，將保持現(xiàn)有的工作狀態(tài)，一旦在30分鐘以內(nèi)沒有鍵盤操作，將啟動(dòng)看門狗功能，使儀器復(fù)位，回到自動(dòng)觀測(cè)狀態(tài)。
為了進(jìn)一步保證時(shí)鐘的準(zhǔn)確性，還可以通過手動(dòng)校時(shí)、計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程通信校時(shí)、GPS校時(shí)方式，用外時(shí)鐘對(duì)本發(fā)明進(jìn)行校時(shí)，確保了本發(fā)明時(shí)鐘運(yùn)行既準(zhǔn)確又可靠。
7.通信功能的具體實(shí)施方式
本發(fā)明的通信方式是一種靈活的通信工作方式，首先用戶可以根據(jù)需要設(shè)置不同的通信波特率，具體實(shí)施方式
是由于本發(fā)明所使用的單片機(jī)芯片是80C52系列的89C55，該芯片內(nèi)部有三個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，即T0、T1和T2，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2是一個(gè)16位的、具有自動(dòng)重裝載和捕獲能力的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，本發(fā)明就利用定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2作為波特率發(fā)生器，并工作在定時(shí)工作方式，因此由該定時(shí)器產(chǎn)生的波特率為F=fosc2×16×[65536-(RCAP2H,RCAP2L)]------(c)]]>(F為波特率，fosc為單片機(jī)晶振頻率，(RCAP2H，RCAP2L)為定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2的高8位和低8位。)由于單片機(jī)晶振頻率fosc一定，因此只要(RCAP2H，RCAP2L)確定，波特率F就確定；同樣如果波特率F確定，定時(shí)常數(shù)(RCAP2H，RCAP2L)也就隨之確定；如果波特率F改變，定時(shí)常數(shù)(RCAP2H，RCAP2L)也就隨之改變。根據(jù)式(c)得(RCAP2H,RCAP2L)=65536-fosc2×16×F------(d)]]>如果用戶確定了需要的通信波特率，并將這個(gè)值設(shè)置到本發(fā)明中，本發(fā)明將利用式(d)計(jì)算出波特率發(fā)生器的定時(shí)常數(shù)，也就決定了(RCAP2H，RCAP2L)的值，這樣波特率發(fā)生器將產(chǎn)生用戶需要得波特率。
在通信協(xié)議方面可以設(shè)置成中國(guó)地震局制定的前兆通信協(xié)議方式和用戶自定義通信協(xié)議方式。在中國(guó)地震局制定的前兆通信協(xié)議方式下，可進(jìn)行遠(yuǎn)程或近程串行數(shù)據(jù)通信。在用戶自定義通信協(xié)議方式下，用戶可以自行定義通信協(xié)議，具體方法是本發(fā)明已經(jīng)將各項(xiàng)通信功能按序號(hào)進(jìn)行了編碼，用戶只要將自己定義的通信協(xié)議的位數(shù)(字長(zhǎng))和協(xié)議代碼按本發(fā)明中的通信功能所對(duì)應(yīng)的編碼進(jìn)行設(shè)置便可；在這種工作方式下，當(dāng)本發(fā)明接受到通信參數(shù)時(shí)，將與設(shè)置的通信協(xié)議進(jìn)行比較，如果與設(shè)置的協(xié)議相符將執(zhí)行與其相符的通信功能。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字化分量質(zhì)子磁力儀，由數(shù)字化選頻放大電路、數(shù)控電流源、單片機(jī)系統(tǒng)、時(shí)鐘電路、通信電路及相應(yīng)的控制軟件組成，其特征是能夠?qū)Φ卮趴倛?chǎng)和分量及其組合進(jìn)行自動(dòng)(連續(xù))或手動(dòng)(暫停)的數(shù)字化測(cè)量，能夠輸出數(shù)字化補(bǔ)償電流，并且能夠?qū)Ψ至垦a(bǔ)償電流、偏置補(bǔ)償電流進(jìn)行數(shù)字化標(biāo)定，能夠進(jìn)行精確可靠的實(shí)時(shí)服務(wù)和方式可選的串行通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化分量質(zhì)子磁力儀能夠?qū)Φ卮趴倛?chǎng)和分量及其組合進(jìn)行數(shù)字化測(cè)量，其特征是采用數(shù)字化選頻與自動(dòng)跟蹤技術(shù)、數(shù)控電流技術(shù)、等周期分頻頻率測(cè)量技術(shù)，結(jié)合數(shù)字化選頻放大電路、數(shù)控電流源、單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)地磁總場(chǎng)和分量及其組合進(jìn)行自動(dòng)(連續(xù))或手動(dòng)(暫停)的數(shù)字化測(cè)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化分量質(zhì)子磁力儀能夠?qū)Ψ至垦a(bǔ)償電流進(jìn)行數(shù)字化標(biāo)定，其特征是是根據(jù)分量補(bǔ)償原理和補(bǔ)償線圈的設(shè)計(jì)原理，所提出特定方法，并按一定的步驟，結(jié)合數(shù)字化分量測(cè)量的方法，對(duì)輸出的分量補(bǔ)償電流在手動(dòng)、自動(dòng)或遠(yuǎn)程狀態(tài)下進(jìn)行的數(shù)字化選取或標(biāo)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化分量質(zhì)子磁力儀能夠?qū)ζ醚a(bǔ)償電流進(jìn)行數(shù)字化標(biāo)定，其特征是是根據(jù)磁偏角測(cè)量原理和偏置線圈的設(shè)計(jì)原理，所提出特定方法，并按一定的步驟，結(jié)合磁偏角的測(cè)量方法，對(duì)輸出的偏置補(bǔ)償電流在手動(dòng)、自動(dòng)或遠(yuǎn)程狀態(tài)下進(jìn)行的數(shù)字化選取或標(biāo)定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化分量質(zhì)子磁力儀能夠進(jìn)行精確可靠的實(shí)時(shí)服務(wù)，其特征是同時(shí)采用硬件時(shí)鐘和軟件時(shí)鐘，軟件時(shí)鐘作為實(shí)時(shí)服務(wù)時(shí)鐘，硬件時(shí)鐘為看門狗監(jiān)視與軟件時(shí)鐘的啟動(dòng)時(shí)鐘，并可以用手動(dòng)方式、遠(yuǎn)程通信方式、GPS方式對(duì)該時(shí)鐘系統(tǒng)進(jìn)行校時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化分量質(zhì)子磁力儀能夠進(jìn)行方式可選的串行通信，其特征是串行通信波特率可設(shè)置、通信協(xié)議可選擇，并且用戶可以自定義通信協(xié)議。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字化分量質(zhì)子磁力儀進(jìn)行數(shù)字化測(cè)量所采用的數(shù)字化選頻與自動(dòng)跟蹤技術(shù)，其特征是利用質(zhì)子旋進(jìn)原理和LC并聯(lián)諧振原理和地磁場(chǎng)變化范圍不大的特點(diǎn)，根據(jù)設(shè)置的磁場(chǎng)跟蹤參數(shù)、探頭參數(shù)和信號(hào)線分布電容參數(shù)，計(jì)算LC共振回路的配諧電容，對(duì)需要測(cè)量的質(zhì)子旋進(jìn)信號(hào)實(shí)施數(shù)字化選頻；又利用地磁場(chǎng)短時(shí)間內(nèi)變化很小的特點(diǎn)，對(duì)需要測(cè)量的質(zhì)子旋進(jìn)信號(hào)進(jìn)行的數(shù)字化選頻實(shí)施自動(dòng)跟蹤。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字化分量質(zhì)子磁力儀能夠?qū)Φ卮趴倛?chǎng)和分量及其組合進(jìn)行數(shù)字化測(cè)量，其特征是本發(fā)明能夠根據(jù)用戶的設(shè)置，選擇F、Z、H、FZ、FH、FHD、FZD其中的一種測(cè)項(xiàng)組合，在自動(dòng)(連續(xù))或手動(dòng)(暫停)狀態(tài)下實(shí)施總場(chǎng)、分量或其組合的測(cè)量。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字化分量質(zhì)子磁力儀的等周期分頻頻率測(cè)量技術(shù)，其特征是利用磁場(chǎng)測(cè)量的自動(dòng)跟蹤值或設(shè)定值所對(duì)應(yīng)的質(zhì)子旋進(jìn)頻率按固定周期計(jì)算一個(gè)分頻比，并將需要測(cè)量的頻率信號(hào)按這個(gè)分頻比進(jìn)行分頻，然后測(cè)量分頻后信號(hào)的一個(gè)正向脈沖寬度(半周期)，并依據(jù)對(duì)這個(gè)半周期的測(cè)量結(jié)果計(jì)算實(shí)際的磁場(chǎng)值。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的對(duì)分量補(bǔ)償電流進(jìn)行標(biāo)定的特定方法，其特征是根據(jù)分量補(bǔ)償原理，對(duì)公式HP=H2+(Z1-Z)2]]>(水平分量)或ZP=Z2+(H1-H)2]]>(垂直分量)進(jìn)行二項(xiàng)式展開，并取前兩項(xiàng)，再根據(jù)補(bǔ)償線圈設(shè)計(jì)原理，經(jīng)變換得到HP＝H+a(I-b)2(水平分量)或ZP＝Z+a(I-b)2(垂直分量)再用聯(lián)立方程求得需要的補(bǔ)償電流b值的方法。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的對(duì)偏置電流進(jìn)行標(biāo)定的特定方法，其特征是根據(jù)磁偏角測(cè)量原理，對(duì)合成磁場(chǎng)R+、R_和水平分量H進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算求得實(shí)際的偏置磁場(chǎng)CP；再根據(jù)偏置線圈設(shè)計(jì)原理，計(jì)算求得線圈常數(shù)η，再根據(jù)求得的線圈常數(shù)η，和實(shí)際需要的偏置磁場(chǎng)C0，計(jì)算求得實(shí)際需要的偏置補(bǔ)償電流I0的方法。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)字化選頻技術(shù)還包括對(duì)不同參數(shù)的探頭和不同長(zhǎng)短的信號(hào)傳輸線具有適應(yīng)能力，其特征是將探頭參數(shù)與信號(hào)線分布電容參數(shù)作為可設(shè)置、可修正的常數(shù)用軟件方法設(shè)置到本發(fā)明中，參與LC共振回路配諧電容的計(jì)算，扣除信號(hào)線分布電容對(duì)配諧選頻的影響，使數(shù)字化選頻更為精確的方法。
全文摘要
一種能夠測(cè)量地磁總場(chǎng)和分量及其組合的數(shù)字化分量質(zhì)子磁力儀。它由數(shù)字化選頻放大電路、數(shù)控電流源、單片機(jī)系統(tǒng)、時(shí)鐘電路、通信電路及相應(yīng)的控制軟件組成。它是根據(jù)質(zhì)子旋進(jìn)原理，采用等周期分頻頻率測(cè)量法對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量。它能根據(jù)設(shè)置，在自動(dòng)或手動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行F、Z、H、FZ、FH、FHD、FZD多種分量組合的測(cè)量，并能夠在手動(dòng)、自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制下對(duì)分量補(bǔ)償電流、偏置電流進(jìn)行自動(dòng)化選取或標(biāo)定；它具有數(shù)字化選頻與自動(dòng)跟蹤功能，并可以匹配不同參數(shù)的探頭和一定范圍內(nèi)任意長(zhǎng)度的信號(hào)傳輸線；具有靈活的通信工作方式和可靠、準(zhǔn)確的時(shí)鐘功能；可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行遠(yuǎn)程無(wú)人值守的數(shù)字化觀測(cè)。
文檔編號(hào)G01V3/40GK1553218SQ0313160
公開日2004年12月8日 申請(qǐng)日期2003年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月29日
發(fā)明者稽才建, 夏忠 申請(qǐng)人:稽才建, 夏忠