作者：江蘇省鹽城市新能源研究所（224001）唐耀華 來源：《電子技術(shù)應(yīng)用》

     摘要：介紹znc型智能質(zhì)子磁力儀的用途及工作原理，詳述了質(zhì)子旋進信號處理流程，給出了單片機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)與軟件設(shè)計框圖，同時分析了儀器的測量誤差及儀器的創(chuàng)新特點。

    

    

     關(guān)鍵詞：質(zhì)子

     地磁場 單片機 分頻法

     znc型智能質(zhì)子磁力儀是用于測量地球總磁場強度絕對值與垂直分量的高精度磁測儀器，主要用于鐵礦及其它金屬礦床的普查、詳查和地質(zhì)填圖。另外，它亦可用于航空海洋地面日變站，進行磁力測量；用于地震預(yù)報工作中地磁臺站的磁變觀測等。

    

     1 工作原理

     具有自旋磁矩和自旋角動量的質(zhì)子，在地磁場的作用下，會產(chǎn)生一個以地磁場方向為軸的拉莫爾旋進，其旋進頻率與地磁場強度的關(guān)系為：

     f=23.487215fp

     式中：f為地磁場強度，單位為nt；

     fp為質(zhì)子旋進頻率，單位為hz。

     （1994年國際科聯(lián)科技委員會推薦）

     由此可見：地磁場強度與旋進頻率成正比關(guān)系，因而地磁場強度的測量即轉(zhuǎn)化為質(zhì)子旋進頻率的測量。儀器的原理框圖見圖1。本儀器的探頭由無磁性外殼和兩個參數(shù)相同、反相串聯(lián)的線圈組成，線圈內(nèi)充滿高純度的煤油。由于兩個線圈反相串聯(lián)，其磁通方向相反。當外來干擾磁場同時作用于兩個線圈時，干擾感應(yīng)電動勢在總輸出端剛好抵消，從而提高了探頭的抗干擾能力。磁化電路由4只大功率天關(guān)晶體管組成，單片機系統(tǒng)控制其通斷。前置放大電路由三片運算放大器op07組成具有低噪聲、高輸入阻抗和較強抗共模干擾能力的測量放大器。選頻放大電路由配諧電容、電感與運放lm324組成。整形電路由cd4069組成，將選頻放大電路輸出的旋進信號整形為具有固定幅度的矩形脈沖。儀器硬件由cpu80c32、地址鎖存器74hc373、地址譯碼器gal16v8、程序存儲器27c128、帶有掉電保護電路的數(shù)據(jù)存儲器62256、兩片81c55、一片82c55、一片雙積分a/d轉(zhuǎn)換器mc14433、溫補型晶振、rs232串行口、恒流源以及鍵盤、顯示、繪圖打印機pp40等組成。

     儀器測量過程由單片機系統(tǒng)控制。首先對探頭進行磁化，即有1安培的磁化電流流經(jīng)探頭，探頭線圈產(chǎn)生磁化磁場，經(jīng)4秒后磁化系統(tǒng)判斷，人工磁化磁場消失。由于質(zhì)子旋進切割線圈，在線圈中感應(yīng)出隨時間按指數(shù)衰減的旋進信號，其幅度為數(shù)微伏，衰減時間約2秒。探頭線圈與單片機系統(tǒng)選擇適當?shù)呐渲C電容組成諧振回路，對信號進行選頻。選頻后的信號進行前置放大，放大后的信號分兩路，一路送dy180與12位ledx二極管，用于觀測信號強度及衰減時間；另一路經(jīng)過cd4069整形成方波信號，由cd4066（2）控制送入8155(2)ti端，按鍵盤輸入的強度進行分頻，再經(jīng)過gal16v8送到80c32進行脈寬測量，將脈寬換算成頻率，再將頻率換算成磁場強度。測總場的水平分量時，接通恒流源在補償線圈中產(chǎn)生一個垂直磁場，抵消地磁場的垂直分量。

     2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計思想

     智能質(zhì)子磁力儀的系統(tǒng)軟件是系統(tǒng)的靈魂。軟件共16k，用mcs-51匯編語言寫成，程序流圖圖如圖2、圖3、圖4所示。根據(jù)儀器的主要功能，系統(tǒng)軟件必須完成以下任務(wù)：

     （1）可對以下參數(shù)進行輸入、修改和查詢：年月日、時分少、打印數(shù)據(jù)間隔、測量分量的基線值、測量總場值、測量分量值、測量總場的修正值、測量分量的修正值。

     （2）定時完成分量與總場快速分辨率的自動測量。

     （3）運行過程中能手動測量分量、總場，提供偏轉(zhuǎn)電流以及完成系統(tǒng)的時鐘校準。

     （4）自動完成測量數(shù)據(jù)的處理與存儲，按鍵完成測量數(shù)據(jù)的顯示查詢、測量數(shù)據(jù)下上位計算機的串行通訊和打印給圖輸出等。

     （5）提供標準時鐘并按歷法完成日期自動遞增。

     3 測量誤差分析

     儀器測量誤差包括以下