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基于ARM的磁力仪数字板的设计

发布时间:2018-05-08 13:57

  本文选题:质子磁力仪 + 灵敏度 ; 参考:《吉林大学》2017年硕士论文


【摘要】:质子磁力仪是一种基于拉莫尔进动效应研制的磁场测量仪器,质子进动磁力仪广泛应用于地质环境勘测,地下埋地物体探测和异常磁场检测等领域。首先将仪器的传感器放入外部磁场,直流电流通过传感器线圈,产生激励磁场使氢质子磁矩沿着线圈轴方向极化,然后撤去激励磁场,氢原子核的合磁矩绕待测磁场为轴心进行拉莫尔旋进运动。通过获取感应电压信号的频率乘以固定常数即可得到的待测量的地磁场值。本文所述的质子磁力仪是基于ARM+CPLD架构实现的。分别从键盘显示模块硬件电路、数字模块硬件电路、数字模块软件程序设计三个方面对JPM-3型质子磁力仪深入研究和创新。仪器的键盘显示模块选用19264点阵的液晶屏与上一代样机相比改进了按键功能和布局。数字板模块硬件电路采用STM32F407ZGT6型号的ARM作为主处理器,采用EPM1270T144I5N型号CPLD逻辑器件,本文详细设计JPM-3型质子磁力仪系统的数字板硬件电路,由数字板供电模块、STM32F407ZGT6最小系统、FSMC并行总线接口、数据存储器、数据传输模块、AD采集模块组成。软件方面包括各外设芯片驱动和功能函数的编写。实现了主控芯片对各功能模块的控制、数据传输等功能,有效的配合仪器完成各个功能。最后,通过各个模块实际电路焊接和调试集成了JPM-3型质子磁力仪样机。该样机具有自动配谐、将CPLD芯片采集的拉莫尔信号频率换算成磁场值、控制外部FLASH存储磁场值数据、通过数据传输模块将磁场值数据传输到上位机。通过实际环境的测量结果表明,该样机可靠性高,能够准确获得待测磁场的参数。同一时间段两台相同的样机放置在相同的野外环境进行磁场值数据测试实验,两台相同的JPM-3型质子磁力仪测量磁场值数据相减来滤除环境噪声。计算得到JPM-3型质子磁力仪灵敏度为0.34n T。性能接近商业磁力仪的水平。
[Abstract]:Proton magnetometer is a kind of magnetic field measuring instrument based on Lemore precession effect. Proton precession magnetometer is widely used in geological environment survey underground buried object detection and abnormal magnetic field detection and so on. First, the sensor of the instrument is placed in the external magnetic field, and the DC current passes through the sensor coil, which generates an exciting magnetic field to polarization the hydrogen proton magnetic moment along the axis of the coil, and then removes the exciting magnetic field. The combined magnetic moment of the hydrogen nucleus moves around the axis of the magnetic field to be measured. The geomagnetic field value to be measured can be obtained by multiplying the frequency of the inductive voltage signal by a fixed constant. The proton magnetometer described in this paper is based on ARM CPLD architecture. The JPM-3 proton magnetometer is researched and innovated from three aspects: keyboard display module hardware circuit, digital module hardware circuit and digital module software design. The keyboard and display module of the instrument adopts the LCD screen with 19264 dot matrix to improve the function and layout of the keystroke compared with the previous prototype. The hardware circuit of digital board module adopts STM32F407ZGT6 ARM as main processor and EPM1270T144I5N model CPLD logic device. In this paper, the digital board hardware circuit of JPM-3 type proton magnetometer system is designed in detail. It is composed of STM32F407ZGT6 minimum system FSMC parallel bus interface, data memory, data transmission module and AD acquisition module. The software includes the peripheral chip driver and function function. The main control chip can control the function modules and transmit the data effectively with the instrument. Finally, the prototype of the JPM-3 type proton magnetometer is integrated through the actual circuit welding and debugging of each module. The prototype has automatic harmonic matching, converts the frequency of Lamer signal collected by CPLD chip into magnetic field value, controls the external FLASH to store magnetic field value data, and transmits the magnetic field value data to the upper computer through the data transmission module. The experimental results show that the prototype is reliable and can accurately obtain the parameters of the magnetic field to be measured. At the same time, two identical prototypes are placed in the same field environment to test the magnetic field data, and two identical JPM-3 type proton magnetometers subtract the magnetic field data to filter the ambient noise. The sensitivity of JPM-3 type proton magnetometer is 0.34n T. Performance is close to the level of a commercial magnetometer.
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM936

【参考文献】

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本文编号:1861678

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