一种光泵磁力仪磁梯度测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种光泵磁力仪磁梯度测量装置，本实用新型专利技术中磁力仪探头输出信号首先经过阻抗匹配网络，对信号进行阻抗匹配，滤波整形之后输入FPGA。通过FPGA采集两路磁力仪探头输出的信号，以相同闸门时钟控制信号采样，保证两路信号的同步。通过GPS输出PPS信号与恒温晶振配合的方式，对采集磁场信号增加时间戳获得与经纬度坐标信息对齐。本实用新型专利技术实现了磁梯度信息的采集与记录，重点解决了多通道数据的同步采集。

Magnetic gradient measuring device for optical pump magnetometer

The utility model discloses a magnetometer magnetic gradient measurement device for optical pump, the utility model in the magnetometer probe output signal through the impedance matching network, the signal impedance matching, filtering and shaping after entering FPGA. The output signals of two magnetometer probes are collected by FPGA, and the same gate clock control signal is sampled to ensure the synchronization of two signals. Through the way of GPS output PPS signal and constant temperature crystal oscillator, the magnetic signal acquisition time stamp is increased and aligned with latitude and longitude coordinate information. The magnetic gradient information acquisition and recording is realized by the utility model, and the synchronous acquisition of multi-channel data is mainly solved.

【技术实现步骤摘要】
一种光泵磁力仪磁梯度测量装置
本技术涉及磁力探测
，尤其涉及一种光泵磁力仪磁梯度测量装置。
技术介绍
现有技术中多为光泵磁总场探测方法，该方法受背景场干扰较大，且光泵磁测量程有限，当测区磁场变化较大时，光泵易失锁。随着地质勘探、军事国防等领域对磁探测的精度、速度、稳定性要求的逐渐提高，现有的磁力探测系统已不能满足要求。磁梯度探测技术具有分辨率高、不受地磁日变和磁暴干扰等影响，能有效的压制磁背景场干扰，从而获得磁异常信息，并且磁梯度探测可以清晰的分辨磁异常体的位置和边界。磁梯度探测需要对多个磁力仪探头数据做差，而磁场梯度探测平台通常是运动的，这就需要保证多通道数据采集的同步性。光泵磁力计的输出为频率信号，高精度的频率采集需要使用FPGA完成，而GPS经纬度坐标的存储是在单片机上完成的，两部分之间通过串口进行数据传输，但是时钟是相互独立的，需要完成两个时钟系统下的数据同步对准。可见在磁梯度测量过程中有两个重要问题需要解决，一个就是多探头数据的同步采集，另一个就是探头数据与GPS坐标的对准。
技术实现思路
本技术的目的在于在现有铯光泵磁力仪探头的基础上，设计采集系统，构建一套高精度、高稳定性的磁梯度测量装置。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：一种光泵磁力仪磁梯度测量装置，关键是：包括光泵磁力仪探头、阻抗匹配网络、由FPGA及与FPGA连接的恒温晶振组成的FPGA频率测量电路、存储显示电路以及GPS；光泵磁力仪探头经阻抗匹配网络后与FPGA的信号输入端连接；所述存储显示电路中包括与FPGA连接的ARM单片机，以及分别与ARM单片机连接的LCD显示屏及SD卡；GPS分别与FPGA及ARM单片机的信号输入端连接，FPGA接收GPS的PPS秒脉冲信号及恒温晶振输出的频率信号，ARM单片机接收GPS发送的时标信息。其中铯光泵磁力仪探头为主要传感部件，输出当前位置磁场信号。阻抗匹配网络对光泵探头输出信号进行匹配整形，输入到频率测量电路。频率测量电路以FPGA为主要测量器件，使用恒温晶振为频率测量电路提供时钟信号，保证测量的准确性与稳定性。存储与显示电路使用单片机为主控制元件，接收FPGA采集的磁场信息以及GPS时间与坐标，采用LCD显示器进行显示并利用SD卡进行存储。GPS为梯度采集系统提供标准时间与经纬度坐标。进一步的，所述ARM单片机是STM32。更进一步的，所述FPGA接收恒温晶振的频率信号，进行分频处理后将固定频率的脉冲信号作为测频模块的闸门脉冲。此闸门脉冲即作为上一次测量的结束信号也是下次测量的开启信号。以固定闸门脉冲控制采样时间，在保证精度的同时实现了稳定连续的信号输出。更进一步的，所述FPGA接收到GPS的PPS秒脉冲信号作为起始脉冲，对恒温晶振脉冲进行计数，测量闸门时间作为结束脉冲，停止计数。FPGA将此计数值与测量频率值一起发送到STM32单片机，可以通过此计数器值与PPS秒脉冲计算采样完成的相对时刻。在STM32中根据记录的相对时间和GPS时标信息可以计算对应频率的采集绝对时刻。利用STM32单片机对GPS的时间与坐标信息进行过采样。之后以时间信息作为标准，将采集到的频率值与坐标相对应。更进一步的，所述FPGA的型号是EP4CE6E22。更进一步的，所述光泵磁力仪探头至少设有两组，分别为光泵磁力仪探头一、光泵磁力仪探头二。本技术中磁力仪探头输出信号首先经过阻抗匹配网络，对信号进行阻抗匹配，滤波整形之后输入FPGA。通过FPGA采集两路磁力仪探头输出的信号，以相同闸门时钟控制信号采样，保证两路信号的同步。通过GPS输出PPS信号与恒温晶振配合的方式，对采集磁场信号增加时间戳获得与经纬度坐标信息对齐。本技术实现了磁梯度信息的采集与记录，重点解决了多通道数据的同步采集。为更清晰的描述本技术的技术实现过程，下面对描述中使用的附图做简要介绍。附图说明图1是本技术的电路原理框图。图2是基于本技术的同步采集时序图。具体实施方式以下实施例用于说明本技术，但不用来限制本技术的范围。如图1所示，本实施方式由光泵探头1、光泵探头2、阻抗匹配网络3、恒温晶振4、FPGA芯片5、GPS6、STM32控制器7、SD卡8以及LCD显示屏9组成。其中光泵探头1与光泵探头2输出的是拉莫尔频率信号，经过阻抗匹配网络3之后输入到FPGA5中进行频率测量。为保证测量结果的长期稳定，选用恒温晶振4作为FPGA5的时钟源。同时FPGA频率计5采集GPS6信号的PPS秒脉冲作为时标信号。FPGA将测量计算后的频率值经过串口发送到STM32单片机7。STM32单片机7将接收到的频率值与GPS位置时间信息一起封装写入SD卡8进行存储。LCD显示屏9实时显示当前两通道磁场信息，用以判断光泵磁力仪探头是否锁定。FPGA频率计5采用数字插值的方式进行频率测量，对恒温晶振4的输出脉冲进行分频形成闸门脉冲信号，每个闸门脉冲即是上一次测量的结束信号，也是下一次测量的开始信号，以此固定间隔，连续稳定的输出测量信息。FPGA频率计5以GPS6发出的PPS秒脉冲为时标信号，在秒脉冲时间间隔内，对恒温晶振4发出的高频脉冲进行累加细分计时。如图2所示，在PPS秒脉冲到来时，开启计数器，对恒温晶振输出高频脉冲进行计数。当闸门信号脉冲到来时，对计数器值N进行存储。FPGA5将此N值和测量的磁场值一同发送给STM32单片机7进行显示存储。STM32单片机7通过串口接收FPGA5发送的信息。同时另一串口通道以更高的采样率接收GPS6的时间与位置信息。STM32单片机7可以根据t＝N/f计算FPGA频率计5测量的磁场值采样结束相对于PPS秒脉冲的相对时间，进而根据采集的GPS时间戳计算结束点绝对时间。其中f为高频脉冲的频率值。根据采集到的磁场值带有的绝对时间戳在结合过采样的GPS时间和经纬度信息，即可将采集到的磁场值对应到经纬度坐标。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本专利技术作了详尽的描述，但在本专利技术基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本专利技术精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本专利技术要求保护的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光泵磁力仪磁梯度测量装置，其特征在于：包括光泵磁力仪探头、阻抗匹配网络、由FPGA及与FPGA连接的恒温晶振组成的FPGA频率测量电路、存储显示电路以及GPS；光泵磁力仪探头经阻抗匹配网络后与FPGA的信号输入端连接；所述存储显示电路中包括与FPGA连接的ARM单片机，以及分别与ARM单片机连接的LCD显示屏及SD卡；GPS分别与FPGA及ARM单片机的信号输入端连接，FPGA接收GPS的PPS秒脉冲信号及恒温晶振输出的频率信号，ARM单片机接收GPS发送的时标信息。

【技术特征摘要】
1.一种光泵磁力仪磁梯度测量装置，其特征在于：包括光泵磁力仪探头、阻抗匹配网络、由FPGA及与FPGA连接的恒温晶振组成的FPGA频率测量电路、存储显示电路以及GPS；光泵磁力仪探头经阻抗匹配网络后与FPGA的信号输入端连接；所述存储显示电路中包括与FPGA连接的ARM单片机，以及分别与ARM单片机连接的LCD显示屏及SD卡；GPS分别与FPGA及ARM单片机的信号输入端连接，FPGA接收GPS的PPS秒脉冲信号及恒温晶振输出的频率信号，ARM单片机接收GPS发送的时标信息。2.根据权利要求1所述的一种光泵磁力仪磁梯度测量装置，其特征在于：所述ARM单片机是STM32。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦子优，周志坚，程德福，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林,22