毕业论文高精度磁通门磁力仪系统的研制
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❖ 磁通门传感器工作原理是利用具有高导磁率的软磁磁芯在 饱和磁场激励作用下的电磁感应现象测定外磁场的。不论
磁芯结构形式如何，磁通门工作原理均服从于法拉第 电磁感应定律。
磁通门传感器结构图
磁通门原理
❖根据电磁感应定律，信号线圈上产生的感 应电势为：
e ddt(HS)....公 ..式 1)(
ω ——信号线圈匝数 μ ——磁芯的磁导率 H ——传感器轴向磁场强度 S ——线圈横截面积
前置放大电路
❖ 磁通门传感器产生感应信号的二次 谐波有效信号一般比较微弱，必须 经前置放大器放大后再进行调理。 信号输入采用交流差分网络作为输 入耦合，其作用是可以有效消除线 路噪声的干扰以及共模噪声。用仪 表放大器AD620作为第一级放大器 ，经计算其噪声水平远小于传感器 噪声。
AD620
相敏解调电路
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
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。
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：
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
磁测系统组建
内存&硬盘
系统主机机箱
主板&CPU
磁通门磁力 RS232 仪电子学箱
USB
液晶显示屏
RS232
温湿度计
GPS模块
3G模块
系统主机
主板 CPU 内存 硬盘 显示器
GPS
3G模块
温湿度计
采用基于Intel ICH8M 板载N450处理器 DDR2 1G内存 64G 固态硬盘
磁滞回线
磁通门原理
❖ 对激励线圈施加一个余弦激励电流信号，则会产生一个余
弦磁H场JH J：Hm co2sf0t
HH 0 HJH0 Hmc2 o f0 ts
HJ ——激励磁场
H0 ——环境磁场
Hm ——激励磁场幅值 f0 ——激励频率
❖ 当激励磁场强度足够大时，使铁芯工作于过饱和状态，从
而使铁芯磁导率μ值周期性从最大值变化到最小值，将μ(t)
磁测系统组件
❖ 传感器埋地保护支架
▪ 保护磁通门传感器，由于传感器要长时间 放置于室外环境工作，风吹日晒雨淋在所 难免，设计保护罩可以有效避免传感器被 雨水侵蚀
▪ 固定传感器，磁通门传感器本身较小，容 易受外界震动而改变位置方向，而长时间 地磁监测要求传感器应保持位置不动，因 此将固定传感器的保护支架埋入土中可保 证传感器长时间位置不变
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。
▪ 有很高的导磁率和极小的矫顽力
▪ 噪声低稳定性高
▪ 有很好的加工性能
▪ 有较好的防锈性能
激励线圈示意图
❖ 国际上制作磁通门传感器磁芯常用的铁镍合金是含钼6%、镍81.3%的
坡莫合金，我国国产1J86坡莫合金和上述的坡莫合金成分接近。
❖ 磁芯骨架材料选择与1J86坡莫合金具有相近温度膨胀系数的高温合金 钢，两者分别为15.19ppm/℃和15.14ppm/℃，相差很小。
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
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
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
±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
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。
信号输出电路
❖ 信号输出电路（跟随器）作用：
▪ 采用低通滤波器对输出信号进行处理，减小激励信号叠加干扰 ▪ 同时增加跟随器减小输出阻抗：
OP27
数字电路板
❖ 数字电路板主要由两大部分组装成，电源模块和数字采集电路。
▪ 电源模块为数字板和模拟板电路提供工作电压； ▪ 数字采集电路主要由单片机、逻辑单元、存储单元、AD采集芯片及通信
模块组成，主要芯片单片机选用89C53，AD数字采集芯片选用24位 AD7710。
电源模块
❖ 数字电路板电源模块主要为数字板和模拟板工作供电，整个系统由外
接市电220V供电，首先通过线性电源将交流220V转化成直流28V，
然后通过EMI滤波器，再由DC-DC模块将28V电压转换成±15V，最
后通过LM78xx系列稳压电源芯片，将±15V电压转换成电路芯片工作
研究内容
国内外磁通门磁力仪
三轴数字补偿式磁通门磁力仪 丹麦科技大学
GM-4型自动补偿式磁通门磁力仪 地球物理所
研究目标
型号 量程 动态范围 噪声 采样率 分辨力
线性度
丹麦科技大学 FGM-FGE ±64000nT 150nT ＜0.1nT 1Hz或20Hz
0.25nT @20Hz 0.125nT @1Hz
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
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
❖ 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
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
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
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
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
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
Leabharlann Baidu
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。
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
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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
磁芯结构形式如何，磁通门工作原理均服从于法拉第 电磁感应定律。
磁通门传感器结构图
磁通门原理
❖根据电磁感应定律，信号线圈上产生的感 应电势为：
e ddt(HS)....公 ..式 1)(
ω ——信号线圈匝数 μ ——磁芯的磁导率 H ——传感器轴向磁场强度 S ——线圈横截面积
前置放大电路
❖ 磁通门传感器产生感应信号的二次 谐波有效信号一般比较微弱，必须 经前置放大器放大后再进行调理。 信号输入采用交流差分网络作为输 入耦合，其作用是可以有效消除线 路噪声的干扰以及共模噪声。用仪 表放大器AD620作为第一级放大器 ，经计算其噪声水平远小于传感器 噪声。
AD620
相敏解调电路
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
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。
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：
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
磁测系统组建
内存&硬盘
系统主机机箱
主板&CPU
磁通门磁力 RS232 仪电子学箱
USB
液晶显示屏
RS232
温湿度计
GPS模块
3G模块
系统主机
主板 CPU 内存 硬盘 显示器
GPS
3G模块
温湿度计
采用基于Intel ICH8M 板载N450处理器 DDR2 1G内存 64G 固态硬盘
磁滞回线
磁通门原理
❖ 对激励线圈施加一个余弦激励电流信号，则会产生一个余
弦磁H场JH J：Hm co2sf0t
HH 0 HJH0 Hmc2 o f0 ts
HJ ——激励磁场
H0 ——环境磁场
Hm ——激励磁场幅值 f0 ——激励频率
❖ 当激励磁场强度足够大时，使铁芯工作于过饱和状态，从
而使铁芯磁导率μ值周期性从最大值变化到最小值，将μ(t)
磁测系统组件
❖ 传感器埋地保护支架
▪ 保护磁通门传感器，由于传感器要长时间 放置于室外环境工作，风吹日晒雨淋在所 难免，设计保护罩可以有效避免传感器被 雨水侵蚀
▪ 固定传感器，磁通门传感器本身较小，容 易受外界震动而改变位置方向，而长时间 地磁监测要求传感器应保持位置不动，因 此将固定传感器的保护支架埋入土中可保 证传感器长时间位置不变
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。
▪ 有很高的导磁率和极小的矫顽力
▪ 噪声低稳定性高
▪ 有很好的加工性能
▪ 有较好的防锈性能
激励线圈示意图
❖ 国际上制作磁通门传感器磁芯常用的铁镍合金是含钼6%、镍81.3%的
坡莫合金，我国国产1J86坡莫合金和上述的坡莫合金成分接近。
❖ 磁芯骨架材料选择与1J86坡莫合金具有相近温度膨胀系数的高温合金 钢，两者分别为15.19ppm/℃和15.14ppm/℃，相差很小。
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
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
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
±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
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。
信号输出电路
❖ 信号输出电路（跟随器）作用：
▪ 采用低通滤波器对输出信号进行处理，减小激励信号叠加干扰 ▪ 同时增加跟随器减小输出阻抗：
OP27
数字电路板
❖ 数字电路板主要由两大部分组装成，电源模块和数字采集电路。
▪ 电源模块为数字板和模拟板电路提供工作电压； ▪ 数字采集电路主要由单片机、逻辑单元、存储单元、AD采集芯片及通信
模块组成，主要芯片单片机选用89C53，AD数字采集芯片选用24位 AD7710。
电源模块
❖ 数字电路板电源模块主要为数字板和模拟板工作供电，整个系统由外
接市电220V供电，首先通过线性电源将交流220V转化成直流28V，
然后通过EMI滤波器，再由DC-DC模块将28V电压转换成±15V，最
后通过LM78xx系列稳压电源芯片，将±15V电压转换成电路芯片工作
研究内容
国内外磁通门磁力仪
三轴数字补偿式磁通门磁力仪 丹麦科技大学
GM-4型自动补偿式磁通门磁力仪 地球物理所
研究目标
型号 量程 动态范围 噪声 采样率 分辨力
线性度
丹麦科技大学 FGM-FGE ±64000nT 150nT ＜0.1nT 1Hz或20Hz
0.25nT @20Hz 0.125nT @1Hz
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
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
❖ 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
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
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
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
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
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
Leabharlann Baidu
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。
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
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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