三分量磁感式探矿仪的研制

发布时间：2020-05-25 03:49

【摘要】：矿产资源在人类社会发展过程中具有极其重要的地位和作用。然而,现代人类生活所需要的大多数矿产资源均来自地下,在不借助外力帮助下,很难单靠自身直接发现地下矿产资源所处的位置。因此,本文开展了一种三分量磁感式探矿仪的研制,此探矿仪主要通过对自然界的种种矿物质或者其他能勘探的对象所造成的磁异常进行测量和系统化的研究,从而寻找到矿产位置。针对三分量磁感式探矿仪总体功能需求,本文进行了以下工作:1、阐述了课题的选题背景及意义,证明了研制探矿仪的必要性。通过研究相关的国内外文献,讨论仪器工作原理和误差分析,为三分量磁感式探矿仪的开发奠定了实际操作可行性基础。2、课题研制的三分量磁感式探矿仪由下位机系统和上位机系统组成,下位机系统主要包括控制分析模块和数据采集模块,控制分析模块由USB接口、DWIN串口屏、RS232串口模块、电源模块和SD卡模块组成,数据采集模块由PNI(Pacific Nanotechnology Incorporated)磁采集模块、倾角传感器模块、RS232串口模块、电源模块和GPS实时定位模块组成。3、下位机系统根据用户不同的测量要求,设计了两种测量模式,用户可以对控制分析模块的串口屏自主设置探矿仪测量的间隔时间、定时时间和存储次数。当间隔时间和定时时间均为0时,测量间隔时间不受限,测量不定时,存储次数用户自定义;间隔时间和定时时间不为0时,仪器则按照设定时间进行测量,存储次数也是由用户自定义。上位机系统(即终端计算机模块)是以Qt为开发平台而研发的界面,可以显示所测磁场数据和角度数据在一段时间内的变化过程以及任一测量点的定位信息(如经度、纬度和高度等),也可以将处理过的数据按照成图格式导出。4、开展了基于STM32F103单片机的硬件控制电路设计、信号采集电路设计、信息显示和存储设计、Qt界面设计及数据处理分析等技术研究,能够读取、显示和存储磁场、角度及GPS定位数据。5、在实际测量中,仪器探头并不能完全平行于地球表面,对此系统填加了倾角传感器模块进行测量地磁数据校正。对不同研究对象进行测试研究,并将系统仪器带到野外进行实验,通过上位机界面进行测量数据的分析与处理,导出数据并成图。6、参考中华人民共和国国家计量技术规范(JJF 1519—2015)对仪器进行了标定。通过分析,研发的三分量磁感式探矿仪具有良好的稳定性能,证明了测量数据的有效性;与国外ENVI系列质子磁力仪测量的日变观测曲线图做对比,证明了仪器的实际可行性;加入了倾角传感器进行磁场的校准,使测量更加准确,外加GPS模块和SD卡实现数据的实时定位和存储;将数据输出到计算机进行分析处理,免去了人工操作的误差。
【图文】：

图 1-1 系统总原理框图1.4 章节安排第 1 章是引言部分，主要介绍选题目的及其意义、国内外研究现状、系统总体设计及论文总体安排。第 2 章主要介绍三分量磁感式探矿仪工作原理，分别是磁感效应原理、三分量磁感式传感器工作原理以及地磁要素分析。第 3 章主要介绍研究仪器测量地磁场时误差来源与相关的校正方法。第 4 章主要介绍三分量磁感式探矿仪的硬件系统设计，将下位机硬件系统细分为数据采集模块、单片机模块、电源模块、通信模块和 SD 卡存储模块。第 5 章主要介绍三分量磁感式探矿仪的软件系统设计，分为下位机软件设计和上位机界面设计。下位机设计探矿仪测量模式进行地磁场的测量、数据打包和数据存，上位机界面实现数据结果的分析及显示。

图 2-1 传感器布局三个磁传感器布局定向为东北向下（NED）的系统。箭头表示行进或测量点面对的方向。 Sen-XY 对极性指示器的位置不敏感，，而极性指示器的位置对于 Sen-Z 是至关重要的。通过参考 PNI 公司的磁感应技术概论“PNI Magneto-Inductive TechnologyOverview”可知，其公司的磁感式传感器通常被应用在 L/R 振荡电路中，典型的基本电路如图 2-2 所示。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P631.23

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本文编号：2679517