作者：江苏省盐城市新能源研究所（224001）唐耀华 来源：《电子技术应用》

     摘要：介绍znc型智能质子磁力仪的用途及工作原理，详述了质子旋进信号处理流程，给出了单片机系统的硬件结构与软件设计框图，同时分析了仪器的测量误差及仪器的创新特点。

    

    

     关键词：质子

     地磁场 单片机 分频法

     znc型智能质子磁力仪是用于测量地球总磁场强度绝对值与垂直分量的高精度磁测仪器，主要用于铁矿及其它金属矿床的普查、详查和地质填图。另外，它亦可用于航空海洋地面日变站，进行磁力测量；用于地震预报工作中地磁台站的磁变观测等。

    

     1 工作原理

     具有自旋磁矩和自旋角动量的质子，在地磁场的作用下，会产生一个以地磁场方向为轴的拉莫尔旋进，其旋进频率与地磁场强度的关系为：

     f=23.487215fp

     式中：f为地磁场强度，单位为nt；

     fp为质子旋进频率，单位为hz。

     （1994年国际科联科技委员会推荐）

     由此可见：地磁场强度与旋进频率成正比关系，因而地磁场强度的测量即转化为质子旋进频率的测量。仪器的原理框图见图1。本仪器的探头由无磁性外壳和两个参数相同、反相串联的线圈组成，线圈内充满高纯度的煤油。由于两个线圈反相串联，其磁通方向相反。当外来干扰磁场同时作用于两个线圈时，干扰感应电动势在总输出端刚好抵消，从而提高了探头的抗干扰能力。磁化电路由4只大功率天关晶体管组成，单片机系统控制其通断。前置放大电路由三片运算放大器op07组成具有低噪声、高输入阻抗和较强抗共模干扰能力的测量放大器。选频放大电路由配谐电容、电感与运放lm324组成。整形电路由cd4069组成，将选频放大电路输出的旋进信号整形为具有固定幅度的矩形脉冲。仪器硬件由cpu80c32、地址锁存器74hc373、地址译码器gal16v8、程序存储器27c128、带有掉电保护电路的数据存储器62256、两片81c55、一片82c55、一片双积分a/d转换器mc14433、温补型晶振、rs232串行口、恒流源以及键盘、显示、绘图打印机pp40等组成。

     仪器测量过程由单片机系统控制。首先对探头进行磁化，即有1安培的磁化电流流经探头，探头线圈产生磁化磁场，经4秒后磁化系统判断，人工磁化磁场消失。由于质子旋进切割线圈，在线圈中感应出随时间按指数衰减的旋进信号，其幅度为数微伏，衰减时间约2秒。探头线圈与单片机系统选择适当的配谐电容组成谐振回路，对信号进行选频。选频后的信号进行前置放大，放大后的信号分两路，一路送dy180与12位ledx二极管，用于观测信号强度及衰减时间；另一路经过cd4069整形成方波信号，由cd4066（2）控制送入8155(2)ti端，按键盘输入的强度进行分频，再经过gal16v8送到80c32进行脉宽测量，将脉宽换算成频率，再将频率换算成磁场强度。测总场的水平分量时，接通恒流源在补偿线圈中产生一个垂直磁场，抵消地磁场的垂直分量。

     2 系统软件的设计思想

     智能质子磁力仪的系统软件是系统的灵魂。软件共16k，用mcs-51汇编语言写成，程序流图图如图2、图3、图4所示。根据仪器的主要功能，系统软件必须完成以下任务：

     （1）可对以下参数进行输入、修改和查询：年月日、时分少、打印数据间隔、测量分量的基线值、测量总场值、测量分量值、测量总场的修正值、测量分量的修正值。

     （2）定时完成分量与总场快速分辨率的自动测量。

     （3）运行过程中能手动测量分量、总场，提供偏转电流以及完成系统的时钟校准。

     （4）自动完成测量数据的处理与存储，按键完成测量数据的显示查询、测量数据下上位计算机的串行通讯和打印给图输出等。

     （5）提供标准时钟并按历法完成日期自动递增。

     3 测量误差分析

     仪器测量误差包括以下