[发明专利]一种基于单片机与磁梯度张量技术的磁异探测装置

权利要求书

1.一种基于单片机与磁梯度张量技术的磁异探测装置，包括控制单元、数据采集单元、数据处理单元和数据输出单元，其特征在于，具体包括传感器阵列和单片机开发板，所述传感器阵列用于收集磁异信号，所述单片机开发板用于信号处理；

所述传感器阵列包括五组磁感传感器，五组所述磁感传感器按平面十字形排列，所述传感器阵列为所述数据采集单元，用于收集探测器所在位置的磁梯度张量数据；

所述单片机开发板包括单片机最简系统板和单片机外设，所述单片机外设包括LCD屏幕、LED灯、蜂鸣器按键、存储卡、USB转TTL组件、杜邦线和防爆电池，所述单片机开发板包括所述控制单元、所述数据处理单元和所述数据输出单元。

2.根据权利要求1所述的一种基于单片机与磁梯度张量技术的磁异探测装置，其特征在于，所述磁感传感器的型号为RM3100，用于测定磁场矢量在空间坐标系中的分量，所述磁感传感器使用MODBUS协议，通过杜邦线连接单片机串口通信，所述磁感传感器的串口与LED灯连接，所述LED灯用于判断磁传感器信号收发状态和故障。

3.根据权利要求1所述的一种基于单片机与磁梯度张量技术的磁异探测装置，其特征在于，所述控制单元由单片机和按键组件组成，所述单片机型号为STM32F407，所述控制单元用于负责数据处理和单片机的控制，所述按键组件用于负责输入控制信号，切换单片机工作状态。

4.根据权利要求3所述的一种基于单片机与磁梯度张量技术的磁异探测装置，其特征在于，所述控制单元与所述防爆电池、所述蜂鸣器和所述LED灯连接，所述防爆电池用于为单片机供电，所述蜂鸣器和所述LED灯用于提示设备工作状态。

5.根据权利要求1所述的一种基于单片机与磁梯度张量技术的磁异探测装置，其特征在于，所述数据处理单元用于通过单片机对采集数据进行处理，以及对测量信号预处理和数据运算与判断。

6.根据权利要求5所述的一种基于单片机与磁梯度张量技术的磁异探测装置，其特征在于，所述测量信号预处理包括椭球矫正、线性矫正和卡尔曼滤波算法，分别矫正传感器阵列的零偏误差、非对准误差和噪声干扰。

7.根据权利要求5所述的一种基于单片机与磁梯度张量技术的磁异探测装置，其特征在于，所述数据运算与判断主要应用磁梯度张量矩阵G计算和基于张量矩阵的缩并值CT计算以及欧拉反演定位r计算；其中磁梯度张量矩阵G为对称矩阵，具有5个独立元素Bxx、Bxy、Bxz、Byy和Byz，Bix、Biy，Biz分别为传感器i在x、y、z轴向上的测定值，i＝1～4，具体计算如下：

CT为磁场梯度张量的局部模量，仅与磁异目标到探测器的距离|r|和磁异目标磁矢量与距离连线的夹角有关，根据磁性目标磁矩为可给出1m内可能存在目标的参数范围，具体计算如下：

欧拉反演定位基于G和中心传感器测定值Bx5、By5、Bz5，计算如下，即可获得磁性目标相对于传感器阵列的大致方位矢量r；

r＝-3G^-1B。

8.根据权利要求7所述的一种基于单片机与磁梯度张量技术的磁异探测装置，其特征在于，所述磁性目标为带有特定磁性标签的拒残爆雷管。

9.根据权利要求1所述的一种基于单片机与磁梯度张量技术的磁异探测装置，其特征在于，所述数据输出单元由LCD屏幕、存储卡和USB转TTL组件组成，分别实现数据的实时显示、存储卡存储和串口输出。

10.根据权利要求9所述的一种基于单片机与磁梯度张量技术的磁异探测装置，其特征在于，所述数据输出单元将处理后的磁感传感器数据向LCD屏幕、存储卡和USB转TTL组件输出，所述LCD屏幕用于实时显示存储卡存储状态、磁感传感器数据、张量参数变化曲线，所述存储卡用于实时存储磁感传感器数据并用于后续分析，所述USB转TTL组件用于设备与上位机的通信。