质子旋进式海洋地磁日变站的设计与实现

发布时间：2021-04-10 06:21

　　目前国内在深远海地磁测量中普遍采用潜标加挂磁力仪的作业方式测量地磁日变,针对其布放、回收操作复杂且劳动强度大的缺点,设计了一套新的一体化便携式质子旋进式海洋地磁日变站。基于质子旋进式地磁测量的工作原理,采用多周期同步测量法和线性插值的过零数频算法提高了拉莫尔旋进信号的测频精度;在现有声学释放系统的基础上对声学应答和释放过程进行了改进,采用Goertzel算法提高了声学释放信号频率检测的计算效率和可靠性;将研制的仪器与国际商用仪器进行了陆地对比测试和海上实验。结果表明,研制的海洋地磁日变站性能指标满足海洋地磁测量数据的日变改正精度要求,可靠性高,而且海上操作便捷,可替代传统的海洋地磁日变测量的作业方式。 

【文章来源】：海洋科学进展. 2020,38(03)北大核心CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

海洋地磁日变站结构

地磁测量单元主要由地磁传感器、极化电路、配谐电路、前置放大、信号调理电路和频率计组成(图4)。主控制系统控制地磁测量单元的极化电路为地磁传感器提供约0.85 A的短时间极化直流脉冲电流;通过采用快速开关,能在一个周期的拉莫尔旋进信号中快速地关断电流而不影响信号的测量。地磁传感器产生的拉莫尔旋进信号进入配谐电路进行选频放大,经过滤波、放大等信号调理后,依次进入高精度频率计和ADC,利用频率计获取高精度的地磁场值,利用ADC获取拉莫尔旋进信号进行峰值检测,使用快速跟踪算法实现仪器测量量程内的自动配谐[15]。地磁传感器通过极化产生的μV级拉莫尔旋进信号经过串联谐振电路获取信噪比较高的原始信号,通过前置放大将微弱信号放大到比较器的门限电压,经过窄带滤波器滤除通频带的谐波干扰和减少毛刺,提高信噪比[16]。然后信号分为2路:一路信号进入比较器转换成相同频率的方波,再进入频率计测量频率;另一路信号进入高精度ADC进行峰值检测[14]。

1 质子旋进式地磁测量工作原理质子旋进式地磁测量的工作原理是利用静态激发质子在地磁场内的拉莫尔进动效应测量地磁场[11]。质子旋进式地磁传感器由无磁性的保护外壳、富含氢的液体(酒精、煤油等)和置于其中的线圈组成[12],当地磁传感器未受到外界磁场作用时,液体的质子磁矩指向无规则性,不表现宏观磁矩。当受到外界垂直于地磁场T方向的磁场H0时,液体的质子磁矩将按外界磁场H0方向排列(图1a),这被称为极化过程[13-16]。当切断外界磁场H0,则地磁场对质子有μp×T的力矩作用,试图将质子拉回到地磁场方向。质子在自旋和地磁场H对其力矩作用下,质子磁矩μp将绕着地磁场T的方向做旋进运动(图1b),称为拉莫尔旋进[13-16]。


本文编号：3129130