毕业论文高精度磁通门磁力仪系统的研制
琼中台FGM-01磁通门磁力仪观测数据浅析
琼中台FGM-01磁通门磁力仪观测数据浅析韦汾余;吴一凡;郑丽东;吴佳林;郭昱琴【摘要】为了确保琼中台FGM-01磁通门磁力仪观测数据的准确性,对琼中台多套地磁相对记录仪分钟数据作相关系数分析,及对其观测基线值作月剩余标准差处理和日均差值对比分析,分析结果得出FGM-01仪的观测精度及稳定性较差.【期刊名称】《内陆地震》【年(卷),期】2019(033)002【总页数】7页(P174-180)【关键词】磁通门磁力;相关系数;基线值;剩余标准差【作者】韦汾余;吴一凡;郑丽东;吴佳林;郭昱琴【作者单位】海南省地震局,海南海口570203;海南省地震局,海南海口570203;海南省地震局,海南海口570203;海南省地震局,海南海口570203;海南省地震局,海南海口570203【正文语种】中文【中图分类】P315.7一般地，地磁观测包括绝对观测和相对观测。
地磁相对观测是地磁场要素连续的相对测量，是承担监测地磁场长期任务的观测工作。
仪器是观测数据的基础，仪器的观测精度和稳定性是基本要求，它对地磁台站最终产出的观测数据的质量起着决定性作用。
本文中利用FHDZ-M15和FGM-01两套仪器的相对观测数据，做相关系数分析，并用同一套绝对观测仪Mingeo-DIM实现对其监控，对其观测基线值作剩余标准差处理及日差值对比分析。
根据《电磁台网运管理细则》和《数字台网观测资料质量评比办法》基线值的要求，试分析FGM-01磁通门磁力仪的稳定性。
1 观测仪器琼中台2007年以来，陆续配备3套相对记录仪，即FHDZ-M15地磁总场与分量组合观测仪、FGM-01磁通门磁力仪和GM4磁通门磁力仪(下面简称：M15仪、FGM-01仪和GM4仪)，其中M15和FGM-01安装在同一记录室、不同的观测墩上进行观测[1]。
此外，台站还配备两台D、I绝对观测仪器，即Mingeo-DIM和CTM-DI。
本文中使用Mingeo-DIM仪作绝对观测和计算。
磁通门磁力仪原理
磁通门测磁场流程
哎呀，各位看官，今儿咱来摆摆龙门阵，聊聊这磁通门测磁场的事儿。
咱先用咱四川话儿给大家铺个底儿：
说起这磁通门测磁场啊，那就得先说说它那精细的流程。
先是要准备工具，就像咱们做饭要先备齐材料一样。
然后，就得找准地方，找个磁场平稳的地儿，就像咱们找块风水宝地儿建房子似的。
再然后，就得开始测量了，那可得小心翼翼，就像咱们捏个豆腐花儿一样，稍微一使劲儿就破了。
咱们再来用贵州话儿给大家说说：
测磁场这事儿啊，其实也不难，就是要细心。
你得按照步骤来，不能乱来。
先检查设备，再找准位置，然后开始测量。
测量的时候，手不能抖，心不能慌，要不然就测不准了。
咱们再换陕西方言给大家道道：
这磁通门测磁场啊，得按规矩来。
先检查家伙事儿，再找个好地方，然后开始干活儿。
干活儿的时候，得稳稳当当的，不能毛毛躁躁的，要不然就白忙活了。
最后咱们用北京话儿给大家总结总结：
总的来说啊，这磁通门测磁场就是个技术活儿，得按照科学的流程来。
先检查设备，确保没问题；再找个合适的地点，保证测量的准确性；然后开始测量，这时候就得心细手稳了。
这样一套流程下来，咱们就能得到准确的磁场数据了。
哎，各位看官，今儿咱就聊到这儿了。
这磁通门测磁场的流程啊，说起来简单，做起来可得细心。
咱们得按照科学的步骤来，才能得出准确的结果。
希望今儿咱聊的能让大家有个明白的了解，下次再见啦！。
一种搜索线圈式和磁通门式组合的多功能磁力仪[实用新型专利]
![一种搜索线圈式和磁通门式组合的多功能磁力仪[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/2b0685065ef7ba0d4b733b7b.png)
专利名称：一种搜索线圈式和磁通门式组合的多功能磁力仪专利类型：实用新型专利
发明人：张跃,林原,李攀攀,曹晨啸
申请号：CN201320608838.X
申请日：20130929
公开号：CN203705624U
公开日：
20140709
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型提供一种搜索线圈式和磁通门式组合的多功能磁力仪,包括反馈绕组、线圈以及磁芯，所述多功能磁力仪设置有测量一个空间点的三个磁场分量的敏感轴，所述敏感轴采用X轴、Y 轴、Z轴的三轴一体的细长结构，该细长结构可为一节Z轴，两节Z轴，三节Z轴或N节Z轴,所述反馈绕组采用亥姆霍兹线圈结构，所述反馈绕组包括中间的线圈以及内置的磁芯，本实用新型的特点是：高的开环灵敏度，精确测量直流磁场，精确测量叠加在直流磁场中的微弱交流磁场，各个频率的交流磁场的幅值放大倍数相等，分时地工作于磁通门模式或搜索线圈模式。
申请人：北京纳特斯拉科技有限公司
地址：100072 北京市石景山区八大处高科技园区西井路3号崇新大厦1号楼107B8室
国籍：CN
代理机构：北京科亿知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：汤东凤
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浅谈磁力仪研究论文
浅谈磁力仪研究论文•相关推荐浅谈磁力仪研究论文１.光泵磁力仪光泵磁力仪是高灵敏的磁测设备。
它是以某些元素的原子在外磁场中产生的蔡曼分裂为基础，并采用光泵技术与磁共振技术研制成的。
按照量子理论，在外磁场T中，具有自旋的亚原子粒子（如核子和电子）能级简并（degeneracy）解除，分裂为一些磁次能级（或称为蔡曼能级），在光谱上的表现，就是谱线分裂，这就是蔡曼效应，蔡曼因此获得1902(第二届)诺贝尔物理学奖。
分裂的能级间的能量差一般与外界磁场成正比。
当粒子在分裂的能级间发生跃迁时，就会发射或吸收电磁波，其频率与磁次能级间的能量差成正比，测定这个电磁波的频率，即可测定磁场。
光泵磁力仪是目前实际生产和科学技术应用中灵敏度较高的一种磁测仪器。
它灵敏度高，一般为0.01nT量级，理论灵敏度高达10－２-10－４nT;响应频率高，可在快速变化中进行测量;可测量地磁场的总向量T及其分量，并能进行连续测量。
光泵磁力仪的种类甚多。
按共振元素的不同，可分为氦（He）光泵磁力仪和碱金属光泵磁力仪，共振元素有氦（He4）、铷（Rb85、Rb87）、铯（Cs133）、钾（K39）、汞（Hg）等。
对碱金属而言，受温度影响较大，如铯（Cs133）元素在恒温430C左右，方可变成蒸汽状态，而只有在蒸汽状态时才能产生光泵作用。
对He3、He4而言，因其本身是气体状态，无需加热至恒温，只需将它激励使其处于亚稳态，就能产生光泵作用。
这些条件在设计与制造仪器时，必须予以重视。
光泵磁力仪未来的发展水平，主要取决于光泵光源及共振元素的发展程度。
法国曾用可调谐的激光器代替常规的氦灯制成光泵磁力仪，由于谱线的选择性较好，激光又比氦灯的光要强，因此提高了磁力仪的灵敏度，达到10pT/Hz1/2。
美国的R.Slcum博士利用二极管激光器作为氦同位素光泵磁力仪的光源，并申请了专利，与氦灯光源相比，灵敏度提高一个量级。
最新的激光光泵氦（He4）磁力仪的灵敏度已突破１PT/Hz1/2的界限，达到0.4PT/Hz1/2，而用高频激发的灯室作为光泵的光源的氦４航空磁力仪达到了20pT/Hz1/2的灵敏度［2-3］。
三轴磁通门传感器误差分析与校正
第 iii 页
国防科学技术大学研究生院硕士学位论文
表
目
录
表 1.1 地磁站对磁力仪标定比例系数和正交性测试结果 .......................................... 3 表 2.1 基于设备的零偏标定值 .................................................................................... 12 表 2.2 X轴线性度误差 ................................................................................................. 16 表 4.1 算法估计的零偏值 ............................................................................................ 38 表 6.1 不同磁场下刻度因子温度特性 ........................................................................ 71 表 6.2 三种方法对刻度因子温度特性的逼近误差 .................................................... 74
第 ii 页
国防科学技术大学研究生院硕士学位论文
extended kalman filter based on vector calibration model is used to calibrate vector via simulation. Finally, temperature compensation model established, and the model is proved to be universal. In the end, some conclusions are given and some suggestions for further research are described in detail. Key Words：Three-axis fluxgate magnetometers; Total value calibration model; Vector calibration model; Temperature compensation model; Neural networks; Adaptive filter; Kalman filter
毕业论文(磁通门传感器)
毕业论文(磁通门传感器)摘要三分量磁通门地磁场检测装置是应用磁通门传感器对地磁场进行测量的矢量检测装置。
与其它类型测磁仪器相比，磁通门传感器具有分辨率高，测量弱磁场范围宽，体积小、重量轻、功耗低，经济性好，能够直接测量磁场的失量和适于在高速运动系统中使用等特点，被广泛应用于各种领域。
本文分析了磁通门传感器的工作原理，详细论述了如何采用数字检波的方法进行信号处理.本文还介绍了三分量地磁场检测装置硬件电路的设计和单片机程序。
检测装置主要由三分量磁通门传感器、单片机最小系统、A/D数据采集电路和串口电路构成。
三分量磁通门传感器检测到磁场的矢量大小，输出信号经过有源滤波器和放大器处理后得到三路幅度与磁场各分量大小成正比的正弦信号。
A/D同时对三路信号进行4倍频采样，将两个周期的采样数据传送到单片机，然后单片机通过串行端口将数据发送到计算机，最后由计算机完成数据的处理和分析。
关键词三分量地磁场数字检波数据采集串行端口11111 绪论1.1 研究三分量磁通门地磁场检测装置的目的和意义在介绍三分量磁通门地磁场检测装置之前，首先介绍一下它的研究目的和意义。
检测装置主要是通过检测地磁场的大小来寻找铁磁性物质的。
铁磁性物质中很重要的一类就是铁。
我国是最早发现和使用铁的国家，同时铁也是世界上发现并使用最早的一种金属材料。
世界铁资源丰富，据美国地质调查所和矿业局1996年1月的统计，世界铁矿石资源量超过8000亿吨，折合金属量超过2300亿吨。
1995年世界铁矿石储量1 500亿吨、储量基础2300亿吨，折合铁金属量分别为650亿吨、1000亿吨。
我国铁金属储量73.29亿吨，应在俄罗斯、澳大利亚、加拿大、巴西之后居世界第5位。
截至1996年底，全国共查明铁矿产地1834处。
累计探明铁矿石储量504.78亿吨，按全国铁矿石平均含铁品位33%计算，铁金属量为166.58亿吨。
扣除历年开采与损失，尚保有铁矿石储量463.47亿吨，铁金属152.95亿吨。
基于三端式磁通门传感器的弱磁测量系统设计
ｗｉ ｔ ｈ Ｔｈｒ ｅ ｅ Ｔｅ ｒ ｍｉ ｎ ａ ｌ Ｆｌ ｕｘ ｇ ａ ｔ ｅ Ｓｅ ｎｓ ｏ ｒ
ｒ ＡＮＧ Ｐ ｅ ｎ ｇ ｆ ｅ ｉ Ｚ ＨＡＮ Ｇ Ｐ ｕ Ｃ ＨＥ ＮＧ Ｐ ｅ ｎ ｇ Ｃ ＨＥ ＮＧ Ｊ ｉ ｎ ｇ ｊ ｉ ｎ ｇ
（ Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ，Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ａｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｈｕ ａ ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｗ ｕ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ０ ７ ４ ）
总第 ２ ９ ５期
２ ０ １ ４年 第 ５期
计算机与数字工程
Ｃｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ＆ Ｄｉ ｇ ｉ ｔ ａ ｌ ． ４ ２ Ｎｏ ． ５
８８ ７
基 于 三端 式磁 通 门传 感器 的 弱磁 测 量 系统 设 计
杨鹏 飞 张 朴 成 鹏 程晶 晶
关键词 三端式磁通 门传感器 ； 磁性材料 ； 微弱信号
中 图分 类 号 ＴＰ ２ １ ２ Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ １ ６ ７ ２ — ９ ７ ２ ２ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ５ ． ０ ３ ７
Ｗ ｅ ａ ｋ Ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ Ｓｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ４ ） （ 华 中科技大学 自动化学 院测量科学 与仪器 系
摘
要 利用三端式磁通 门传感器测量微弱低 频弱磁信 号原 理 ， 设 计 了磁 通门测磁 系统用 于测量 不 同质 量的磁性 材
非接触式直流电流检测装置设计毕业论文
非接触式直流电流检测装置设计毕业论文目录1．1本文研究意义 (3)1．2国内外研究现状 (4)1.2.1 分流器 (4)1.2.2 电流互感器 (4)1.2.3 直流电流互感器 (5)1.2.4 空芯线圈 (5)1.2.5 磁通门电流传感器 (5)1.2.6 霍尔电流传感器 (5)1．3本文主要任务 (6)2.1 分流器原理 (7)2.2 传统铁芯式直流互感器原理 (8)2.3 空芯线圈传感原理 (10)2.4 霍尔电流传感器 (12)2.5 磁通门电流传感器原理 (13)2.6 光学电流传感器原理 (15)2.7 其他电流传感器原理 (16)3.1 总体方案 (18)3.2 硬件选择 (19)3.2.1 电流检测模块 (19)3.2.2 电压放大模块 (22)3.2.3 数据采集模块 (22)3.2.4 单片机模块 (22)3.3 硬件电路设计 (23)3.3.1 电流检测与电压放大模块 (23)3.3.2 数据采集模块电路 (24)3.3.2 显示模块LCD1602 (25)4.1软件设计 (26)4.2抗干扰措施 (27)4.2.1 屏蔽 (28)4.2.2 接地 (28)4.2.2 瞬态抑制 (29)1 引言1．1本文研究意义在用计算机对大功率稳流稳压直流开关电源的电流进行遥调、遥测监控时，往往因为计算机与开关电源不能共地和开关电源的噪声干扰，必须在计算机与开关电源之间进行静电(直流)隔离。
在隔离中，直流电流隔离检测的精度将直接影响到监控的质量，甚至涉及到电源及用电设备的安全。
由此可见，在朋计算机对开关电源的直流电流进行监控时，直流电流隔离检测的精度非常重要，必须是高精度的，否则将无法达到监控的目的。
进行静电隔离，传统方法是应用光电式传感器(如光敏二极管、光敏三根管)实现的。
但若环境温度发生变化，光敏管的暗电流和光电流将随温度的变化而变化，因此只能实现直流隔离，而无法达到直流电流高精度的隔离检测的目的。
基于三端式磁通门技术的航空货运磁检仪
次谐波信 号转 换成 平滑 的直 流信号 ，一 方面送 到 现信 号的数字化编码 和运算 。 馈 环节送 到磁 通 门传 感 器 中 ，产生 与被 测磁 场相 控 制器 一Ｌ Ｃ ２ ２ Ｐ ２ ９ 是一 款基 于 １／２ Ｐ ２ ９ ，Ｌ Ｃ ２ ２ ６３ 位 反 的磁场 ，以使 磁传 感 器始终 工作 在接 近零磁 场 Ａ Ｍ７ Ｄ — ，支持实 时仿 真 和跟踪 的Ｃ Ｕ，并 Ｒ Ｔ ＭＩＳ Ｐ 状 态 ，从 而保证 最 高 的精 度 。积分 滤波 电路 既要 带 有２ ６ｋ ５ 字节 嵌人 的高速 Ｆａｈ ｌｓ存储器 。１ ８ 宽 ２位 考 虑滤 波效果 又要考 虑 系统 反应 时间 ，两者 是相 度 的存储 器接 口和独特 的加 速结构 ，使３ 位代 码 ２ 互对立 的 ，因此需 根据具体要求设计 。 能 够在 最大 时钟速 率下 运行 。对代 码规模 有严 格 ⑥ 反馈 系统 。为保证 磁传感 器始终Ｔ作 在接 控 制 的 ，可使用 １ 位Ｔ ｕ 模式 将代 码规 模 降低 ６ ｈ ｍｂ
能测 出脱 附 口处 的负 压值 ，利用计 算机 可 以建 立
根 据 国 家 标 准 ，研 制 了 图 ７所 示 专 用 检 测 装 流量 与负 压之 间的对应 关 系 。从 温度传感 器获 得
置 ，其 核心是 测 出流量 的层 流 管 ，它 与碳罐 的脱 的信息则提供 了对测得 的流量值 进行补偿 的依据 ， 附 口相接 。流量是 通过 安装 在层 流管 两端 的压差 以提 高测试 结果 的准确 性 。层 流管 的另一 端经贮
社 ，２ ０ ． ０１
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Ｐ ＷＭ输 出以及 多达 ９ 的外部 中断 ，这款 微控 制 个
磁通门磁力仪野外台阵观测技术系统研制
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈｉ ｐａ ｅ ｄ ｓ ｒｂｅ ｃ ｍ ｐ ｎｅ ｓ ｓｒ ｃ ： ｓ ｐ ｒ ｅｃｉ ｓ ｏ ｏ ｎｔ ｏｆ ｈｅ ｔ ｎｅ ｌ ｄｅ ｅｏｐｅ ｆｕｘ ｔ ｗ ｙ ｖｌ ｄ ｌ ｇａ ｅ
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环 境 所 进 行 的磁 通 门 传 感 器 的改 进 ，主 机 网 络 化 通 信 功 能 的 实 现 ，以 及 野 外 无 线 组 网 等 技 术 ．同 时 给 出 了 该 系 统 在 野 外 观 测 的 部 分 结 果 ． 关 键 词 磁 通 门磁 力 仪 台 阵 野 外 观 测
中图 分 类 号 ：Ｐ １ ． ２ ３ ５ ６ 文 献标 志 码 ：Ａ
磁通门磁力仪原理
磁通门磁力仪原理磁通门磁力仪是一种用于测量磁场强度的仪器。
它基于磁通门原理，利用磁场的感应电动势来间接测量磁场强度。
其原理是根据法拉第电磁感应定律，当导体在磁场中运动时，会产生感应电动势。
磁通门磁力仪通过测量感应电动势的大小，计算出磁场的强度。
磁通门是磁导材料制成的闭合形状，它被放置在待测磁场中。
当待测磁场通过磁通门时，磁通门内部的磁通量会发生变化。
磁通门线圈是一根绕在磁通门上的线圈，它通过外部交流电源提供电流。
当电流通过线圈时，会在磁通门内产生一个较强的磁场，使磁通门处于饱和状态，从而使感应电动势的变化与待测磁场的强度成正比。
感应线圈是一个会感应到磁通门内磁场变化的线圈。
当磁通门内的磁通量发生变化时，感应线圈中就会产生感应电动势。
检测电路用于测量感应线圈中的感应电动势，并转换为磁场强度的数值。
检测电路一般包括放大器、滤波器和数字显示装置等。
放大器用于放大感应电动势的信号，以便更好地测量磁场强度。
滤波器用于滤除杂散信号，保证测量结果的准确性。
数字显示装置用于显示磁场强度的数值。
1.将磁通门磁力仪放置在待测磁场中，使磁通门受到待测磁场的作用。
2.打开电源，使电流通过磁通门线圈产生磁场，使磁通门饱和。
3.磁通门内磁通量发生变化，感应线圈中产生感应电动势。
4.感应电动势通过检测电路进行处理，经过放大和滤波后，转换为磁场强度的数值。
5.数字显示装置显示出磁场强度的数值。
1.测量范围广：磁通门磁力仪可以测量较大范围内的磁场强度。
2.精度高：磁通门磁力仪具有较高的测量精度，能够满足精密测量的需求。
3.响应速度快：磁通门磁力仪可以在较短的时间内快速响应磁场变化，适用于动态测量。
4.结构简单：磁通门磁力仪结构简单、操作方便，适用于各种环境和场合。
5.不受外界磁场干扰：磁通门磁力仪可以通过合理设计，减小外界磁场对测量结果的影响，提高测量精度。
总之，磁通门磁力仪基于磁通门原理，通过测量感应电动势来间接测量磁场强度。
井中磁通门磁力仪探磁技术研究
地 质 装备
维普资讯
２１
井 中磁 通 门磁 力仪 探磁 技 术 研 究
刘 佳 段 红梅 李 伟
（中 国地 质 大 学 （北 京 ） 北 京 １０００８３）
摘 要 ：工业的发展 、浅层矿 的枯 竭、原有地表地质仪器 功能的局限等 ，都 要求有新 的、功 能强大 的、精度 高的、能探 测深层、弱磁场 的磁力仪 的诞 生，来完成攻深找 忙的重任 。磁 通 门磁力仪就是 应运 而生 的一种 有效测量 井 下磁场的磁力仪。 它利用 了普遍存在 的磁 通 门现 象 ，具有体 积小 、重量轻 、分量 测试相 对简 单、可 靠性好、 坚 固、抗干扰能力 强、量程范 围宽 等特 点。一般磁通 门磁力 仪主 要 由探 头和测 量 电路 两部分 组成 ，可将静 态磁 场信 号转化成 电能测到 的信号 ，并取 出有用 信号 ，寻 找异常磁场 ，找 到磁 性矿。
目前 ，作 为物 探 向深部 和立 体 空 间扩 展 主要途 径 的井 中物探 ，在 国 内外 的研 究 和开 发 现 状 总 体 尚 不理 想 。
在 国外 ，已有加 拿 大 、俄 罗斯 两 国研 发 了井 中磁 力仪 ，但 他们共 同的缺 点是 仪器笨 重 ，并且 只 能够测 量井 下磁 场 的总 场值 ，而不 能 测 量 其 水 平 和 垂 直分 量 ，这对 于精 确定 位异 常磁 场位置 是 十分 不利 的 。
２ 现代 磁 测技 术及 磁通 门传 感器 的基 本原 理 ２．１ 磁 测 技 术 概 述 ２．１．１ 磁测 原理
地球 磁 场起 源 于 地球 内部 ，方 向为从 地 磁 北极 流 出 ，流 向地 磁南 极 ，在 两极 ，几 乎 与地 面垂直 ，而赤 道处 接近 与地 面平 行 。地 磁 场 的大 小 一 般从 ２００００ ￣ ７００００ｎＴ 不 等 ，最 大 达 到 １０００００ｎＴ，基 本 规律 是 两极 大 ，赤道小 ；地 面大 ，空 中小 。即使是 同一地 点 ， 每天 的地 磁场 值也 是 在 不 断 变 化 的 ，一 般 的 日变 规 律是 中午较 小 ，早 晚较 大 ，日变 化 几 十 ｎＴ。遇特 殊 情 况 ，如 太 阳黑 子 活 动 强 ，引 发 磁 暴 时 ，一 天 中 的 日 变化值 可 能会 达到 几百 ｎＴ。在 我 国领土 范 围内 ，地 磁 场值 大 约 是 ，南 端 的 三 亚 ４２０００ｎＴ，北 端 的 漠 河 ６２０００ｎＴ，北 京地 区正 常值 约 为 ５４０００ｎＴ，倾 角 ５７。。
磁通门磁力仪探头定向角度与准确度标定分析
法 中 ，地磁 方 法 是 可 以探 测 到震 源 体 深度 变 化 的 少数 地 震 前 兆方 法之 一 。近 年研 究 表 明 ，
１ ） 中 国乌 鲁 木 齐 ８ ３ ０ ０ １ １ 新 疆 维 吾 尔 自治 区地 震 局 ２ ） 中国北 京 ｌ ０ ０ ０ ８ １中 国地 震 局地 球 物 理 研 究 所 ３ ） 中 国北 京 １ ０ ０ １ ９ ０中国 科学 院空 间天 气 学 国 家重 点 实 验 室
摘 要 乌鲁 木 齐 地 震 台迁 往 呼 图壁 ，采 用 传 统 方 法 对 地 磁 仪 进 行 安 装 调 试 ，对探 头 不 同 定 向 角度 下 日变 化 进 行 准 确 度 标 定 ，每 个 角 度 观 测 一 天 ，持 续 ９小 时 。 因对 仪器 系统 零 场 漂 移 值 估 计 不 足 ，探 头 定 向 角度 范 围 偏 小 ，建 议 取 值 范 围 ｑ － ５ ０ ０ ｎ Ｔ （ 约 ±１ 。 ） ，受 绝 对 观 测 精 度 及磁 通 门磁 力 仪 影 响 因素 的制 约 ，取 ｉ Ｏ ０ ｎ Ｔ作 为 步 长 较 好 。 实验 认 为 ，定 向 角 度 与 日变 化 准 确 度 标 定 精 度 无 明显 统 计 关 系 ，认 为 影 响 磁 通 门磁 力 仪 数据 质量 的 主 要 因 素是 人 为 影 响 和仪 器 自身 零 场 漂移 过 大 。
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ３ — ３ ２ ４ ６ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ５ ． ０ １ ７
一种磁通门磁力仪的信号检测电路及该磁通门磁力仪[实用新型专利]
![一种磁通门磁力仪的信号检测电路及该磁通门磁力仪[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/bdd89dcd05a1b0717fd5360cba1aa81144318f39.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201621270096.4(22)申请日 2016.11.22(73)专利权人 中国地震局地球物理研究所地址 100081 北京市海淀区民族大学南路5号(72)发明人 胡星星 滕云田 范晓勇 李彩华 张旸 汤一翔 王喆 (51)Int.Cl.G01V 3/40(2006.01)(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利(54)实用新型名称一种磁通门磁力仪的信号检测电路及该磁通门磁力仪(57)摘要本实用新型涉及地震技术领域，公开了一种磁通门磁力仪的信号检测电路及该磁通门磁力仪。
所述信号检测电路包括从传感探头获取磁场信号的信号通道和向传感探头输出激励信号的激励通道，且信号通道包括依次连接的探头输入电路、选频放大电路、相敏检波电路、积分电路和反馈电路，其中反馈电路包括：第一反馈通路，被配置为线性反馈电路；以及第二反馈通路，与第一反馈通路并联，被配置为非线性反馈电路，且该第二反馈通路在传感探头检测的磁场信号达到相对观测的最大测量范围时工作。
本实用新型采用了非线性负反馈方法，在小信号输入和大信号输入时转换不同反馈支路，解决了传统信号检测电路不能兼顾保证信号的分辨率和容许大信号输入的问题。
权利要求书1页 说明书5页 附图3页CN 206193264 U 2017.05.24C N 206193264U1.一种磁通门磁力仪的信号检测电路，该信号检测电路包括从传感探头(1)获取磁场信号的信号通道和向所述传感探头(1)输出激励信号的激励通道，所述信号通道包括依次连接的探头输入电路(2)、选频放大电路(3)、相敏检波电路(4)、积分电路(5)和反馈电路(6)，其特征在于，所述反馈电路(6)包括：第一反馈通路(61)，被配置为线性反馈电路；以及第二反馈通路(62)，与所述第一反馈通路(61)并联，被配置为非线性反馈电路，且该第二反馈通路(62)在所述传感探头(1)检测的磁场信号达到相对观测的最大测量范围时工作。
双气室铯光泵磁力仪设计与验证
第 31 卷第 9 期2023 年 5 月Vol.31 No.9May 2023光学精密工程Optics and Precision Engineering双气室铯光泵磁力仪设计与验证黄艺明1，李绍良2，骆曼箬1，吴招才3，刘华1*（1.上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海 200240；2.上海航天控制技术研究所，上海惯性工程技术研究中心，上海 201109；3.自然资源部第二海洋研究所，浙江杭州 310012）摘要：由于自激振荡式单气室光泵磁力仪受移相电路限制测量范围较窄，对双气室光泵磁力仪进行集成化研究和改进，基于对光泵磁力仪基本原理的推导论证，提出了双气室铯光泵磁力仪的一种高度集成的设计结构。
该方案中以垂直腔面发射激光器作为泵浦光源，以刀锋直角棱镜反射镜作为分光镜片，其余元件沿光轴对称排布，利用左旋、右旋圆偏振光的双泵浦光结构和双气室布置实现相移互补，不需要移相电路。
利用搭建的原理样机测得实验环境下地磁场强度为37 586.79 nT，并利用扫描方式测得三轴分量。
双气室铯光泵磁力仪原理样机的测量范围为25 700~77 000 nT，灵敏度约为理论计算结果相吻合，验证了双气室光泵磁力仪的理论分析，证实了该双气室光泵磁力仪结构的可行性和精确度。
关键词：地磁场；光泵磁力仪；磁共振；双气室；测量范围；集成化中图分类号：TH744；TM937.1 文献标识码：A doi：10.37188/OPE.20233109.1325Design and verification of dual-cell cesiumoptically pumped magnetometerHUANG Yiming1，LI Shaoliang2，LUO Manruo1，WU Zhaocai3，LIU Hua1*（1.School of Electronic Information and Electrical Engineering， Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240， China；2.Shanghai Aerospace Control Technology Institute，Shanghai Inertia Engineering Technology Research Center， Shanghai 201109， China；3.Second Institute of Oceanography， The Ministry of Natural Resources， Hangzhou 310012， China）* Corresponding author， E-mail： liuyuhua@Abstract： Regarding the wide application of geomagnetic field measurement in magnetic prospecting， nav⁃igation， and positioning， the measurement range of the single-cell self-oscillating optically pumped magne⁃tometer （OPM） is limited by the phase-shift circuit， and the existing dual-cell OPM abroad exhibits a low integration degree and poor portability. In this study， the integration of the dual-cell OPM is improved to break the blockade and improve the research level of the domestic OPM. Through the derivation and dem⁃onstration of the principle of the OPM， a highly integrated structure design of the dual-cell cesium OPM is 文章编号1004-924X（2023）09-1325-10收稿日期：2022-09-22；修订日期：2022-10-14.基金项目：上海航天先进技术联合研究基金资助项目（CAST2019-23）；上海交通大学“深蓝计划”基金资助项目（No.SL2021ZD202）；“十三五”装备预研领域基金资助项目（No.61405170103）第 31 卷光学精密工程presented. A VCSEL is used as the pump light source， and a knife-edge right-angle prism mirror is used as the spectroscope，while other components are arranged symmetrically along the optical axis.A dual-pump light structure with left-and right-handed circularly polarized light and a dual-cell arrangement is used，which achieves precise phase-shift compensation and avoids the need for a phase-shift circuit.The geomagnetic field in the experimental environment is 37 586.79 nT， as measured by a prototype， and the magnitude of the triaxial component is obtained via the scanning method. The measurement range of the OPM prototype is 25 700-77 000 nT， and the sensitivity is approximately 20 pT Hz. The experimental results are consistent with the comparative measurement and theoretical calculation results， validating the theoretical analysis of the dual-cell OPM and confirming its feasibility，accuracy，and advantages for im⁃proving the system integration.Key words： geomagnetic field；optically pumped magnetometer；magnetic resonance；dual-cell；mea⁃surement range； integration1 引言地磁场是地球内部天然存在的磁性现象，平均强度约为5×10-5 T，属于弱磁场，但却蕴藏着地球内部的压力、温度和物质分布等丰富信息。
安徽六安磁通门台阵数据质量分析及方法应用
安徽六安磁通门台阵数据质量分析及方法应用
车濛琪;吴婉楠;应允翔;朱厚林;胡志文;张明明
【期刊名称】《科技资讯》
【年(卷),期】2024(22)3
【摘要】安徽省地震局于“十三五”时期在皖大别山地区建设由15个台点组成的磁通门台阵,选取2023年6—9月地磁三分量的观测资料,通过该时间段的数据连续率、完整率判断仪器的运行状况,利用数据的拟合分析、地磁加卸载响应比、逐日比和大致处在相同经度、纬度仪器的日变特征分析对仪器运行以来的观测数据质量进行分析评估,得出安徽六安地区磁通门台站数据质量较好结论。
【总页数】3页(P222-224)
【作者】车濛琪;吴婉楠;应允翔;朱厚林;胡志文;张明明
【作者单位】蒙城地震监测中心站;蒙城地球物理野外观测站;六安地震监测中心站;大别山地震监测预报实验场
【正文语种】中文
【中图分类】P315.78
【相关文献】
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系统主机
系统主机内部结构主要包括三大部分，供电电源、计算
机系统（包含主板、CPU、内存、硬盘、网卡、显示器等计 算机必备硬件）及磁力仪电子学箱。
适配器
AC220V
线性电源28V
内存
主板
硬盘
显示器
USB RS232
防
辐 射
磁通门电子学箱
隔
数字信 探头 电源
板
号输出 输入 输入
+28V
USB RS232 探头输入
三轴磁通门传感器内部结构
磁通门传感器
❖ 传感器骨架用于固定三个单轴磁传感器，对其材料要求：
▪ 无磁性，骨架不能对外磁场产生任何影响 ▪ 强度高、温度变化小、不易产生形变 ▪ 易加工且加工精度高，三轴骨架需正交固定三个单轴磁通门传感
器，需确保三轴的正交误差较小
❖ 综合考虑选用无磁铝合金 ❖ 保护外壳材料选用无磁铝合金或聚砜材料
±12V、±5V
系统电源结构图
数字板 模拟板
磁测系统
系统功能需求 主机+外部功能组件
磁测系统
嵌入式计算机 3G模块 GPS模块 温湿度计
系统性能需求 磁通门磁力仪
磁传感器 电子学箱
1
课题背景及研究内容
2
系统总体结构
3
磁通门技术及磁力仪的研制
4
磁测系统的组建
35
磁测系统性能标定
46
总结与展望
磁通门原理
❖ 根据系统设计计算可得电压 分辨力为3.85uV，24位A/D 转换器最小分辨力0.596uV ，能满足设计要求。
AD7710芯片
本章小结
磁通门磁力仪研制过程
组装磁力仪 模拟、数字电路调试 传感器结构、材料及制作 磁通门工作原理
磁通门磁力仪实物照片
1
课题背景及研究内容
2
系统总体结构
3
磁通门技术及磁力仪的研制
所需的±5V与±12V电压。
+28V
AC220V
线性 电源
EMI
+15V
DC-DC GND
-15V
FGDS-2A-50V
MGDBI-10-F
电源结构示意图
7805 7905 7812 7912
+5V 数 GND 字
板
-5V
+12V 模 GND 拟 -12V 板
数字采集模块
❖ AD7710是一款适合低频测 量应用的高精度24位A/D转 换器，采用Σ-Δ转换技术， 可直接接受来自模拟板的电 平信号。
从公式可以看出感应电势中的第一项与环境磁场H0无关 ，且是激励频率f0的奇次谐波；而第二项与外界磁场强度 成正比的信号，且是激励频率f0的偶次谐波。其中2次谐波 幅值最大，因此以e的2次谐波作为测量磁场的有效信号。
磁通门磁力仪的研制
磁通门磁力仪
磁通门传感器
磁通门电子学箱
磁通门传感器
❖ 三轴磁通门传感器是由三个单轴传感器及支架底座和保护 外壳三部分组成的。支架底座用于固定单轴传感器并使其 三个传感器正交放置，保护外壳用于保护内部传感器，并 设计留有引线空和压线卡槽固定连接电缆
磁通门电子学箱
❖ 磁通门电子学箱结构分成上下两部分，上半部分用于固定模拟电路 板，下半部分用于固定数字电路板，两部分中间还有一块隔离板， 用于减小数字板与模拟板之间的辐射干扰。
电子学箱结构图
磁通门电子学箱
❖ 磁通门信号处理采集电路总体框图
信号 放大
带通滤波器
移相器
相敏解调器
信号线圈 反馈线圈 激励线圈
系统主机
磁测系统组件
❖ 系统软件介绍
系统软件显示主界面
系统软件
❖ 系统软件介绍
▪ 串口设置 ：为GPS、3G网卡、磁强计数据接口配置串口 ▪ 上传设置 ：设置上传邮箱和接收邮箱，设定上传数据时间等 ▪ 曲线调节 ：可调节4路显示曲线坐标的上下限 ▪ 探针参数 ：设置磁通门传感器标定参数 ▪ 样机设置 ：设置仪器名称，设定数据存储路径 ▪ 软 键 盘 ：用于无外接键盘时输入 ▪ 运行日志 ：记录软件运行过程中出现的错误报警信息 ▪ 上传日志 ：记录数据上传过程中出现的错误报警信息
磁测系统组件
❖ 传感器埋地保护支架结构
1
课题背景及研究内容
2
系统总体结构
3
磁通门技术及磁力仪的研制
8寸液晶显示屏幕，液晶屏像素:800（H）x 600（V）pixel
支持NMEA-0183，传输速率：4800，9600（可选） 跟踪能力：同时最多跟踪32颗卫星 适用接口：usb接口，RS-232，PS2，S端子
华为3G网卡，最快可达7.2Mbps下载速度及2.1Mbps上传速度 测量的温度范围：-40℃～120℃ 测量的湿度范围：0～100%RH 测量精度：温度±0.5℃ 湿度±2%RH
按傅里叶级数展开可得：
t f t n f t ( ) 0 m 2 mc 4 o 0 s n mc 2 o 0 s
磁通门原理
❖将H和μ(t) 公式带入公式1，化简可得：
e(H0)2f0WSm[H(0 122m)si2nf0t32(2m 4m)si6nf0t 52(4m 64m)si1n0f0t] 2f0WS0(H22msi4nf0t44msi8nf0t)
磁通门传感器
❖ 磁通门传感器的线圈系统是测量磁场的最小单元，包括三 个绕组：
▪ 激励线圈 绕制于环形磁芯上，放置于激励线圈骨架内 ▪ 信号线圈 绕制于方形上 ▪ 反馈线圈 绕制于信号线圈外
❖信号、反馈线圈骨架材料，选用聚酰亚胺材料
磁通门传感器
❖ 激励线圈结构是将高导磁率材料均匀放在磁芯骨架内，在骨架外绕制 漆包线。对高导磁率材料的选择要求：
磁通门感应信号
磁通门感应信号
相位基准
相位基准
相敏解调
相敏解调
磁通门感应信号相移后与相位基准信号相位完全一致
磁通门感应信号相移后与相位基准信号相位不一致
❖ 相敏解调作用是将有效信号的半周期进行翻转，再送往积分器积分， 由于积分器不可避免存在漏电流，因此在反馈平衡状态必存在偏置电
压。如上图分析，当有效信号相位与参考信号相位达到一致时，将得
磁通门磁力仪主机内部结构示意图
电源系统
系统供电使用220V交流市电，进入系统主机后一分为二， 一路通过电源适配器给主机的计算机系统供电，另一路经过 线性电源为磁通门磁力仪单独供电。
AC 220v
电源适配器
计算机系统
主板、液晶 屏、温湿度 计、GPS、3G
线性电源 +28V
电子学箱
+28V
DC-DC模块
整个系统主要由三个外接探头、一个3G网络通讯模块和一个 主机所组成。三个探头分别是测量磁场的磁通门磁传感器、测量 工作环境温湿度的温湿度计传感器和用于定位校准时间的GPS探 头。
温湿
GPS
AC220V
度计
GFGM001
显示屏
电源口
USB 串口 串口 USB 3G模块
·
传感器
磁通门磁力仪系统总体结构示意图
LOGO
毕业论文高精度磁通门磁力仪系统的研制
答辩提纲
1
课题背景及研究内容
2
系统总体结构
3
磁通门技术及磁力仪的研制
4
磁测系统的组建
35
磁测系统性能标定
46
总结与展望
背景
起源
上世纪三十年代磁 通门技术被提出， 并引起广泛关注， 1936年德国物理学 家首次利用环芯探 头的二次谐波测量 大地磁场。
发展
磁通门技术不断的 快速发展，目前在 世界范围代表该领 域先进水平的，主 要是一些欧美发达 国家，如美国 SMALL、加拿大 MF200、英国 FLARE以及丹麦 FGE等。
我国地磁监测系统
在我国， “十一五 ”中期投资建设了 一个大型空间环境 观测网络——“子 午工程”，其中地 磁（电）分系统在 15个台站部署了地 磁仪，用于连续监 测地球表面磁场。
X
地球物理所 GM-4
±62500nT 2500nT ＜0.1nT 1Hz 0.1nT
X
本课题系统 GFGM001 ±65000nT
全量程 ＜0.1nT
20Hz 0.1nT
0.02%
1
课题背景及研究内容2系统总体结构3磁通门技术及磁力仪的研制
4
磁测系统的组建
35
磁测系统性能标定
46
总结与展望
系统总体设计
反馈 电流 放大
激励 电流 放大
积分器
模拟信号 数字采集电路
外部通讯
供电电路
黄色为模拟电路板电路，蓝色部分为数字电路板电路
模拟电路板
信号调 理电路
激励电路 前置放大电路
相敏解调电路 积分反馈电路 信号输出电路
激励电路
MOSFET驱动器
激励线圈
❖ 方波激励可以通过晶振生成方波信号，再利用MOSFET开关进行功率 的放大，后续的阻抗匹配采用二级谐振网络。用这种方案实现的激励 波形平滑对称，尖峰突出，一次谐波大，而二次谐波小，为较理想的 激励信号。
到最大的输出有效值。
积分反馈电路
❖ 积分器电路实时快速响应输入的信号，当输入信号偏移零点时，积分 器输出电压将迅速趋向于新的稳定状态变化；
❖ 反馈模块则是一个标准的电压电流转换电路，将积分器输出电压变成 电流信号输入到反馈线圈中。
❖ 达到平衡时，积分器电压值对应的电流在反馈线圈上产生的磁场大小 与外部磁场相等时，传感器工作在零场状态，这时输入信号为0，即 积分器输入信号为0，则积分器输出处于稳定状态。
4
磁测系统的组建
35
磁测系统性能标定
46
总结与展望
❖ 系统主机