本发明专利技术涉及一种数字式快速跟踪氦光泵磁力仪，其主要由(31)、高速ADC转换(32)、可编程逻辑器件PLD(42)、DAC(43)、MCU(38)、键盘检测(39)、液晶显示(37)组成。所述磁力仪不仅具备跟踪精度高，实时性好的优点，同时也具备了数字可编程的抗干扰能力强、易于调试，不受温度影响、成本低，功耗低、体积小的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁力勘探领域，具体而言，本专利技术涉及ー种数字式快速跟踪氦光泵磁カ仪。
技术介绍
磁力勘探对于地球物理研究、军事国防、宇宙探測、矿藏探测等领域具有重要意义，磁力勘探技术从上世纪发展至今，经历了由简单到复杂，由简单机械式原理到现代电子技术的过程。磁力勘探系统按其内部结构及工作原理，大体上可分为 I)机械式磁力仪如悬丝式磁力仪，利用悬吊在悬丝中央的磁棒受到磁场垂直强度力、重力和悬丝扭力的カ矩作用，測量磁场大小，其原理简单，操作容易。2)电子式磁力仪，如质子磁力仪、光泵磁力仪、磁通门磁力仪等，利用探头传感器将磁场强度转换为电信号，结合现代电子技术对电信号处理、反馈和显示，其速度和精度较机械式有很大提高，读数也很方便。磁力勘探系统的主要指标有灵敏度、精密度、准确度、稳定度、测程范围等。灵敏度是指磁力勘探系统能测出的磁场最小变化量(敏感度)，也可称作为分辨率；精密度是衡量仪器重复性的指标，是指仪器自身測定磁场所能达到的最小可能值，由一组测定值与平均值的平均偏差表示，也叫做自身重复精度；准确度是指仪器测定真值的能力，即与真值相比的总误差。除上述指标外，还因综合考虑勘探系统的功耗、体积、成本等。氦光泵磁力仪是20世纪50年代发展起来的ー种具有高灵敏度的磁测设备,是以元素的原子能级在磁场中产生塞曼效应为基础，利用光泵作用和磁共振技术研制而成的。氦光泵磁力仪是继质子磁力仪之后的高灵敏度磁勘探系统，既可用来測量磁场总量，也可測量磁场梯度，測量时无零点漂移，不需严格定向，测量时只需磁测探头与磁场方向大致平行。当今广泛投入使用的氦光泵磁力仪从电路结构上来分主要有两类，一类是基于模拟电路的勘探系统，其測量速度快，但稳定性和精度不高，另ー类是基于单片机控制的勘探系统，具有较高稳定性和高精度，但由于采用软件逐点扫描共振频率，其測量速度较慢。随着现代军事技术、矿藏探測等领域对磁场测量的精度、稳定性和速度等指标的要求，现有的磁勘探系统已不能满足要求。在这种情况下，设计ー种新型的氦光泵磁力仪具有很大的商业价值，能同时兼顾模拟式磁力仪高速測量的特性，和基于单片机控制的磁力仪的稳定性和高精度。现有最新的模拟式氦光磁力仪又分为自激式和跟踪式两种结构，与本专利技术相关的技术是跟踪式氦光泵磁力仪，其结构及測量原理如图I所示，如图I所示，跟踪式氦光泵磁力仪主要由a :探头11，用于检测磁场并返回电信号，供后级检测回路处理山由选频放大电路12，相敏检波电路13，积分电路19，压控振荡器16等构成的检测回路，用于处理探头11输出的电信号，和锁定磁场的变化实现自动跟踪测量；倍频电路17，频率计数器18，用于当系统稳定时，只需测量出压控振荡器16的中心频率，根据下述公式可计算出磁场大小T (nT) =0. 0356843f (HZ)现有的最新的跟踪式氦光磁力仪，由于采用模拟电路构成硬件闭环测量系统，其測量速度很快。但模拟电路的缺点是，稳定性差，容易受温度、电源纹波等因数的影响，很难做到高精度測量。且由于勘探系统的信号检测回路采用分立元件实现，此类型磁力仪体积庞大，功耗高，成本高，设备安装调试与升级困难。整个系统磁测范围不广，当磁场变化较大，自动跟踪测量系统容易失锁。现有技术中最新的ー种氦光泵磁力仪，是如图2所示的基于单片机控制的勘探系统。如图2所示，探头输出信号。单片机通过总线控制直接数字频率合成器DDS24输 出信号的频率，输出信号经功率推动激励探头传感器21，传感器输出直流电压，经过处理和AD采样后，转换为数字信号再反馈回单片机23。单片机23根据测得的直流电压逐步调制DDS 24信号的频率，当调制到某频率点的DDS 24输出信号使得探头内部发生磁共振，此时单片机23测得的探头输出直流电压最小。根据上述公式，利用此时信号的频率，即可算出磁场大小。频率扫描步进越小，可获得精度越高的測量結果。此类型的磁勘探系统，采用单片机控制整个系统的測量和跟踪，最佳频率点需要扫描确定，而且还需要设计很好的扫描算法，否则还可能导致失锁，加上单片机本身工作频率低，无法并行处理，所以一次完整的測量结果需要很长的时间，不能适用于高速移动的测量场合，測量精度差，不能快速自动跟踪，属于不可靠，性能差的实现方式。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供ー种数字跟踪式氦光泵磁力仪，其特征在于，所述磁力仪是基于可编程逻辑器件(PLD)的勘探系统，利用PLD中的基本逻辑单元实现检测回路达到与纯模拟电路相同的效果，并集成到单片PLD逻辑芯片中。与现有的最新的两种氦光泵磁力仪相比，其创新点在于，采用了超高速的ADC(模数转换器)将探测器输出的信号离散化，并将传统的复杂庞大的闭环跟踪模拟硬件电路集成到了一个单片可编程逻辑器件当中，实现硬件电路的软件化。纯模拟式的跟踪式氦光泵的检测回路主要包含了相敏检波器、压控振荡器、积分器等模拟电路单元。由于可编程逻辑器件的单元规模可达千万门级，且能支持多路并行运算，可完全用数字门单元实现模拟电路单元的相敏检波器、压控振荡器、积分器等，且效果更佳，分辨率更高，因此可达到模拟硬件电路等同的測量精度、锁定时间等效果，同时又由于采用的是数字编程实现的，因此不存在模拟电路温度漂移，调试复杂，生产成本高，体积大的缺点。本专利技术的有益效果本专利技术的数字跟踪式氦光泵磁力仪由探头，高速ADC转换，可编程逻辑器件(PLD)，DAC，MCU，键盘检测，液晶显示构成，对磁场进行高精度測量。由于采用了单片PLD芯片实现了传统复杂的硬件电路(模拟相敏检波器、FIFO、乘法器、累加器、压控振荡器)的所有功能，不仅具备模拟硬件电路实现的锁相跟踪精度高，实时性好的优点，同时也具备了数字可编程的抗干扰能力强、易于调试，不受温度影响、成本低，功耗低、体积小的优点。跟踪精度高由于采用高速高精度的模数转换器，且FPGA芯片工作在较高的频率，且FPGA内部的数学运算理论上运算长度是不受限制的，而运算的长度越长所能分辨的信号就越小，因此精度越高。实时性好采用的高速模数转换器其转换频率高达100MHz，而FPGA的时钟频率也为100MHz，因此其响应时间在10纳秒，且FPGA内部全部是并行计算，不存在串行计算带来的延迟，因此响应时间就严格等于10纳秒；抗干扰能力强传统的磁力仪核心部件全部都是模拟器件，而模拟器件众所周知都是特别容易受到温度等外界因素的影响，容易被外界的各种干扰因素干扰从而导致仪器不稳定。而本专利技术采用的是纯数字算法来实现传统磁力仪的核心模拟电路，因此算法的稳定性与环境的温度，压力，及各种射频干扰都没有关系，其免干扰的安全阈值比模拟电路的阈值高的多，故其抗干扰能力強。附图说明图I是现有技术重跟踪式氦光泵磁力仪结构以及测量原理图，其中11 一探头，12—选频放大电路,13 一相敏检波电路,14 一移相器,15 ー调制信号发生器,16 ー压控振荡器，17 一倍频电路，18 一频率计数器，19 ー积分电路，110 一高频激发振荡器；图2是基于单片机控制的光泵磁力仪总体框图，其中21 —探头传感器，22 —信号处理AD采样，23 一单片机MCU，24 一 DDS, 25 一功率推动；图3是本专利技术数字跟踪式氦光泵磁力仪示意图，其中31 —探头传感器，32 —信号处理ADC采集，33 — FIFO，34本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氦光泵磁力仪，其特征在于包括探头传感器(31)、高速ADC转换(32)、可编程逻辑器件PLD(42)、DAC(43)、MCU(38)、键盘检测(39)、液晶显示(37)。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曾国强，葛良全，周坚鑫，罗群，张庆贤，赖万昌，王广西，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：
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