[发明专利]一种光泵磁力仪电路系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种全数字光泵磁力仪电路系统，属于磁测量领域。

背景技术

光泵磁力仪是一种基于光泵技术的磁场强度测量仪器，这类磁力仪最主要 的优点是具有较高的灵敏度以及可以连续测量，被广泛应用于地球磁场模量和 模量梯度的测量。

铯光泵磁力仪在航空领域中应用比较广泛，包括美国、苏俄、加拿大等国 家很早就开始针对铯光泵磁力仪进行研究和应用。最具有代表性的是G-822铯 光泵磁力仪和CS-3铯光泵磁力仪；前者是美国Geometries研发的，后者是加拿 大Scintrex公司制造的。G-822铯光泵磁力仪和CS-3铯光泵磁力仪是基于自激 振荡的工作模式，能够快速响应外磁场的变换，基于这种原理的磁力仪的一个 特点就是分辨率高。在磁力仪的制造过程中还使用了包括一些光学的技术，如 利用启偏器将自然光分成偏振光，大大减少了测量过程中的方位误差。苏俄虽 然在航空测磁领域的磁力仪方面也进行了很多的理论和实践研究，并且达到了 一定高度，但是并没有最后推向市场。

加拿大的CAE公司同样在铯磁力仪的研究开发和制造方面走在世界先进行列。 其代表性的产品应用是MAD系统，MAD系统代表型号AN/ASQ-508(V)能够应 用于军事领域，包括海底核潜艇的探测，安装在一些战机上面用于反潜战。

在航空重力测量领域，一些公司推出了自己的产品，包括俄罗斯推出的 GT-1A、GT-2A,加拿大的AIRGrav,技术已经成熟；在航空测磁领域，俄罗斯的 航空地球物理公司采用CS-3铯磁力仪或G-822铯磁力仪制作了一套航空测量系 统Aeromaster100，测量范围能够达到15000-130000nT，速度每秒100次，分 辨率为l-10pT。另外加拿大的JustinLWard和BruceMcMonnies发布的论文论 述航空测磁的发展幵始了对磁场梯度测量的先驱。论文论述和单探头测磁向多 探头测磁的发展，以及未来全张量的测量和数据处理理论。在另外一些机构如 美国SEG重磁委员会主办了梯度测量专题讨论会，探讨梯度测量技术在环境调 査、地质勘探、地球物理等方面的应用，研讨会讨论的的论文包括石油勘探和 地质填图、探测UXO、考古、寻找金刚石等方面的应用。

我们国家目前自主研发的HC-2000氦光泵磁力仪灵敏度已达到0.3Pt，能够 代表我国航空磁力仪的先进水平[1/但是在铯光泵磁力仪的研究方面，我们还没 有很成熟的应用，处于起歩阶段。目前的研究现状还处于单探头航空测量，核 工业航测遥感中心和国土资源部航遥中心已经开始了尝试多探头的场梯度测 量，具体的事例是将4台CS-3铯光泵磁力仪安装在飞机上进行航磁梯度测量航 磁全轴梯度勘査系统的研制。

通过光泵磁力仪物理学原理可知，对磁场测量可转换为频率测量，传统的 频率频率测量系统釆用分立元件设计而成，产品设计周期长、体积大、稳定性 差，并且成本、功耗高。提高频率量精度、测量速度，对提高磁场测量系统的 精度和灵敏度有很大作用。磁场测量系统设计成小型的，数字化，智能化的磁 场测量系统是未来发展的方向。

随着电子技术和集成电路的发展，采用单元电路和单片机来设计频率测量 系统成为了一个方向，结合微处理器技术，在线编程，改进系统设计，不需要 更高硬件电路，使得电子系统设计更加方便。既可以作为独立的频率计使用， 也可作为其他系统中的频率测量部分。

发明内容

本发明的目的在于提出一种一种全数字光泵磁力仪电路系统。这种设计简 化了传统磁力仪的硬件电路部分，用微处理器代替硬件闭环，可使硬件电路大 大简化；电路的调试方便，信号经过A/D采样后可以用软件实现原来需要由硬 件完成移相，相加，积分等功能，这使硬件电路的调试大大减轻，无需对每一 个硬件环节调试；方便仪器参数的修改。并且，既降低了成本，减小了体积， 又保证了强大的处理能力和比较高的精度。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种全数字光泵磁力仪电路系统包括：其主要组成部分包括有探头，微处 理器最小系统，电源电路，激励源电路和测量电路；

微处理器最小系统是整个系统的核心部分，负责接收A/D采样电路采集的 光泵磁力仪电路探头电压，并且进行解算处理，传递给上位机显示探头探测到 的电压，还有提供直接调制探头所需测量频率；