jpm-1型质子旋进磁力仪的改进

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1、—————————————————————————JPM-1型质子旋进磁力仪的改进—————————————————————————ImprovementsofJPM-1ProtonPrecessionMagnetometer作者姓名：何佳泷领域（方向）：集成电路工程指导教师：康博南教授类别：工程硕士答辩日期：2015年6月3日摘要JPM-1型质子旋进磁力仪的改进质子旋进磁力仪（ProtonPrecessionMagnetometer）是利用氢质子在地磁场中的拉莫尔进动效应测量地磁场的仪器。由于质子磁力仪体积小、精度高且操作

2、简单，被广泛用于地质勘测、矿产资源勘查、地磁观测、火山和地震观测以及沉船探测等领域。目前国产质子磁力仪的测量精度普遍在1nT左右，且功能单一，而国外质子磁力仪测量精度已经达到0.2nT，且仪器扩展功能极为丰富、使用方便，但昂贵的价格也限制了其使用范围。因此攻克磁力仪的技术难关、研制出具有自主知识产权的国产磁力仪，对我国地磁勘探事业的发展具有积极促进作用。作者在参与研制JPM-1型质子旋进磁力仪时发现：作为课题组研制的第一代质子磁力仪，此系统虽然可以实时显示质子旋进信号以及测量结果，但也存在测量结果的温度稳定性差、存储空间不足

3、、仪器功能单一等缺点。为了提高系统测量的精度，扩展系统存储空间以及丰富仪器功能，本文从晶振模块、基于SD卡的FAT32文件系统、并行AD数据采集模块、充电管理及辅助开关等方面入手，对JPM-1型磁力仪进行改进。首先，介绍了JPM-1型质子旋进磁力仪的工作原理及现有功能，根据磁力仪高灵敏度、高稳定性的发展需求及商业化目标，对JPM-1型磁力仪现有功能的不足做了分析，并给出改进方案；其次，本文从硬件电路和软件系统两方面对系统进行改进。在硬件改进方面：通过分析频率基准精度对测频的影响，提出利用恒温晶振作为频率基准，以提高测量结果的

4、温度稳定性；本系统还增加了并行AD数据采集、电池充电管理电路、辅助开关电路等部分，以完成对电源电量的监测、对电源充电进行管理，使系统供电效率得到有效改善，这些硬件部分的改进使系统功能更加完善；在软件功能优化方面：为了增强系统存储能力，建立了基于SD卡的FAT32文件系统，为研究拉莫尔信号特征提供保障；同时配合硬件改进，为系统信号采集、电流监测、辅助开关等设计软件程序，以实现对应功能。最后对各个改进后的功能模块以及整个系统进行测试，实验结果表明：恒温晶振温度稳定性高于普通晶振，有效提高了频率基准精度；SD卡模块使磁力仪存储空间

5、I大大提高，文件系统给数据管理带来便捷；并行AD模块使磁力仪实现了多通道采集，提高采样效率；充电管理模块使电池充电过程得到有效保护；辅助开关使磁力仪可以在正常和省电两种模式下工作，提高电池使用效率。测量结果显示：在温度变化25°时，普通晶振的测量结果偏移高达6nT，恒温晶振偏移量接近零，而2G的SD卡可以存储近2000组完整的时域信号，这些方面的改进完善了系统的功能，弥补了JPM-1型质子旋进磁力仪存在的不足。关键词:质子磁力仪，恒温晶振，SD卡，FAT32IIABSTRACTImprovementsofJPM-1Proto

6、nPrecessionMagnetometerProtonprecessionmagnetometeristheinstrumentthatmakesuseofLarmorprecessioneffectofhydrogenprotoninthegeomagneticfieldtomeasurethemagneticfield.Theprotonmagnetometerhastheadvantagesofsmallvolume,highaccuracyandsimpleoperation,whichiswidelyusedi

7、ngeologicalsurveyandmineralresourcesexploration、geomagneticobservation、volcanicandearthquakeobservation、sunkenshipdetectionandotherfields.Atpresent,themeasurementaccuracyofdomesticmagnetometerisgeneralcloseto1nTwithsinglefunction.Whiletheforeignone’saccuracyisneart

8、o0.2nT,withabundantextendedfunctions,usedeasilybuttheexorbitantpricealsolimitsitsapplication.Therefore,itplaysanactiveroleforourmagneticprospecti