六传感器车载磁场测量系统的研制
发布时间：2021-07-27 08:01
Overhauser磁力仪是一种基于动态核极化效应（DNP）测量磁场总场的标量磁力仪,被广泛应用于磁法勘探、石油矿产勘查、航空及海洋磁测、自然灾害预测及考古与环境调查领域。而车载平台下的多传感器测量能更为快速全面的获得磁异常信息,有着重要的应用价值。本课题组经过多年的实验积淀成功研制出JOM-4SF Overhauser磁力仪,并在此仪器的基础上组合多传感器实现了六传感器车载磁场测量系统来进行了相关研究。本文在了解国内外研究背景的前提下,阐述了Overhauser磁力仪的传感器及仪器系统的测量原理,并分析完善了仪器的功能。基于硬件的STM32+CPLD架构打造并改进了仪器的软件系统,设计实现了两台仪器间的高精度时间同步功能,将仪器间时间同步精度控制在1 ms之内,并设计完成了GPS模块的驱动。同时,设计了支持多文件管理的专用文件系统。实现了显示驱动的非阻塞设计与基于DMA的拉莫尔信号包络电压的检测功能,极大地提升了CPU效率。实现了信号质量评价系统,提升了仪器梯度容限,使仪器在012000 nT/m的梯度场中都能获得较为准确的数据,为车载系统搭建奠定了基础。最后,...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
拉莫尔信号示意图
第2章Overhauser磁力仪工作原理8的时间同步及日变校正功能。定位系统目前使用了S1216系列全球导航卫星定位系统接收器，实现GPS/北斗双卫星系统定位，定位精度为2.5mCEP。此外，板上配有JTAG接口用于固件的调试、仿真与下载。此外仪器还包含电源管理部分，控制电池的充放电过程，带有反接保护以及过流保护设计，提升了仪器的安全性能，电压转换电路将12V电池电压转换为各模块所需的工作电压，用以给各部分提供所需电源。仪器样机JOM-4SF及JOM-4SFG外观如图所示。图2.4JOM-4SF磁力仪及JOM-4SFG梯度仪样机2.3仪器技术指标根据实验室自主研制的JOM-4SF仪器，主要的技术指标结果如下所示。表2.1仪器主要技术指标参数名称参数详情分辨率0.001nT灵敏度0.017nT@3s采样周期60+,15,10,5,4,3,2,1,0.5,0.2s测量范围20000nT~120000nT梯度容限大于10000nT/m同步精度小于1ms存储32MFlash存储，524096个磁场值记录通讯接口RS232键显模块192×64液晶屏，4×5按键，支持双键关机平均功率小于2W
第3章Overhauser磁力仪软件系统构建与改进14双机同步实现流程如图3.6所示。双机同步是两台仪器通信的一个过程，为确认主机与从机之间通信线路的有效连接，需要有一个握手机制，在这里主机先向从机发送同步开始信号，从机接收到该信号后向主机发送反馈信号，随后主机接收到了该反馈信号，至此可以证明两台仪器间的通信线路是通畅的，此时主机便可开始向从机发送时间信息。下面是使用示波器测量经过同步后的两台仪器的测量开始信号，可以看出两台仪器同时开启相同循环时间的连续测量时，测量信号上升沿时间仅仅相差在130us左右，达到了小于1ms的设计要求。图3.7双机同步精度测量结果3.3GPS功能磁测过程中有时不仅要获得磁场数据，磁场数据对应的位置信息也是十分必要的，仪器不仅实现了X/Y坐标系及线站坐标系两种坐标表示方法，还安装了GPS模块实现通过GPS进行时间设置与定位的功能。全球定位系统（GPS）是基于使用人造地球卫星实现，每颗GPS卫星持续发射包含当前时间和有关其位置的数据的无线电信号。由于无线电波的速度是恒定的并且与卫星速度无关，因此卫星发射信号与接收器接收信号之间的时间延迟与卫星到接收器的距离成正比。GPS接收机通过监视多个卫星，获得卫星的位置坐
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Overhauser传感器的近地表UXO磁梯度法探测技术[J]. 葛健,陆承达,董浩斌,刘欢,袁志文,赵志卓,刘咏华,朱俊,张海洋. 仪器仪表学报. 2015(05)
[2]基于STM32单片机DMA机制的多通道数据采集[J]. 张滔. 黑龙江科技信息. 2013(30)
[3]基于串口通信的时间同步设计与实现[J]. 焦海华,张力. 云南师范大学学报(自然科学版). 2013(02)
[4]量子磁力仪再评说[J]. 董浩斌,张昌达. 工程地球物理学报. 2010(04)
[5]多任务程序设计方法在机器人实时控制中的应用[J]. 刘景明,张宇,周强,刘天慧. 机械设计与制造. 2005(12)
[6]我国磁法勘探的研究与进展[J]. 管志宁. 地球物理学报. 1997(S1)
[7]Flinders磁力仪阵列[J]. F.H.Chamalaum,王殿运. 国外地质勘探技术. 1987(06)
硕士论文
[1]JOM-4型Overhauser磁力仪改进与指标研究[D]. 赵建昌.吉林大学 2019
[2]地震勘探数据无线采集节点的AD转换与数据存储系统开发[D]. 罗思凡.山东大学 2019
[3]基于磁阵列的海底管道探测技术研究[D]. 陈志诚.杭州电子科技大学 2018
[4]基于ARM的磁力仪数字板的设计[D]. 强博文.吉林大学 2017
[5]基于NTP和IEEE1588的海底观测网时间同步系统设计与研究[D]. 汪港.浙江大学 2014
本文编号：3305409
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
拉莫尔信号示意图
第2章Overhauser磁力仪工作原理8的时间同步及日变校正功能。定位系统目前使用了S1216系列全球导航卫星定位系统接收器，实现GPS/北斗双卫星系统定位，定位精度为2.5mCEP。此外，板上配有JTAG接口用于固件的调试、仿真与下载。此外仪器还包含电源管理部分，控制电池的充放电过程，带有反接保护以及过流保护设计，提升了仪器的安全性能，电压转换电路将12V电池电压转换为各模块所需的工作电压，用以给各部分提供所需电源。仪器样机JOM-4SF及JOM-4SFG外观如图所示。图2.4JOM-4SF磁力仪及JOM-4SFG梯度仪样机2.3仪器技术指标根据实验室自主研制的JOM-4SF仪器，主要的技术指标结果如下所示。表2.1仪器主要技术指标参数名称参数详情分辨率0.001nT灵敏度0.017nT@3s采样周期60+,15,10,5,4,3,2,1,0.5,0.2s测量范围20000nT~120000nT梯度容限大于10000nT/m同步精度小于1ms存储32MFlash存储，524096个磁场值记录通讯接口RS232键显模块192×64液晶屏，4×5按键，支持双键关机平均功率小于2W
第3章Overhauser磁力仪软件系统构建与改进14双机同步实现流程如图3.6所示。双机同步是两台仪器通信的一个过程，为确认主机与从机之间通信线路的有效连接，需要有一个握手机制，在这里主机先向从机发送同步开始信号，从机接收到该信号后向主机发送反馈信号，随后主机接收到了该反馈信号，至此可以证明两台仪器间的通信线路是通畅的，此时主机便可开始向从机发送时间信息。下面是使用示波器测量经过同步后的两台仪器的测量开始信号，可以看出两台仪器同时开启相同循环时间的连续测量时，测量信号上升沿时间仅仅相差在130us左右，达到了小于1ms的设计要求。图3.7双机同步精度测量结果3.3GPS功能磁测过程中有时不仅要获得磁场数据，磁场数据对应的位置信息也是十分必要的，仪器不仅实现了X/Y坐标系及线站坐标系两种坐标表示方法，还安装了GPS模块实现通过GPS进行时间设置与定位的功能。全球定位系统（GPS）是基于使用人造地球卫星实现，每颗GPS卫星持续发射包含当前时间和有关其位置的数据的无线电信号。由于无线电波的速度是恒定的并且与卫星速度无关，因此卫星发射信号与接收器接收信号之间的时间延迟与卫星到接收器的距离成正比。GPS接收机通过监视多个卫星，获得卫星的位置坐
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Overhauser传感器的近地表UXO磁梯度法探测技术[J]. 葛健,陆承达,董浩斌,刘欢,袁志文,赵志卓,刘咏华,朱俊,张海洋. 仪器仪表学报. 2015(05)
[2]基于STM32单片机DMA机制的多通道数据采集[J]. 张滔. 黑龙江科技信息. 2013(30)
[3]基于串口通信的时间同步设计与实现[J]. 焦海华,张力. 云南师范大学学报(自然科学版). 2013(02)
[4]量子磁力仪再评说[J]. 董浩斌,张昌达. 工程地球物理学报. 2010(04)
[5]多任务程序设计方法在机器人实时控制中的应用[J]. 刘景明,张宇,周强,刘天慧. 机械设计与制造. 2005(12)
[6]我国磁法勘探的研究与进展[J]. 管志宁. 地球物理学报. 1997(S1)
[7]Flinders磁力仪阵列[J]. F.H.Chamalaum,王殿运. 国外地质勘探技术. 1987(06)
硕士论文
[1]JOM-4型Overhauser磁力仪改进与指标研究[D]. 赵建昌.吉林大学 2019
[2]地震勘探数据无线采集节点的AD转换与数据存储系统开发[D]. 罗思凡.山东大学 2019
[3]基于磁阵列的海底管道探测技术研究[D]. 陈志诚.杭州电子科技大学 2018
[4]基于ARM的磁力仪数字板的设计[D]. 强博文.吉林大学 2017
[5]基于NTP和IEEE1588的海底观测网时间同步系统设计与研究[D]. 汪港.浙江大学 2014
本文编号：3305409
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