本發(fā)明屬于地磁檢測(cè)，具體涉及一種低功耗地磁日變磁力儀。

背景技術(shù)：

1、地磁監(jiān)測(cè)在自然災(zāi)害預(yù)防、科學(xué)研究、資源勘探、導(dǎo)航與定位等多個(gè)領(lǐng)域具有重要意義，其數(shù)據(jù)和成果為理解和利用地球資源提供了信息。

2、拉莫爾效應(yīng)（拉莫爾進(jìn)動(dòng)（larmor?precession））描述了：在外部磁場(chǎng)中，具有磁矩的粒子（例如電子、質(zhì)子或原子核）會(huì)以一定的頻率圍繞磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)。質(zhì)子型地磁儀，也被稱為質(zhì)子磁力計(jì)（proton?precession?magnetometer），通過測(cè)量氫原子核（質(zhì)子）在外部磁場(chǎng)中的拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率來確定磁場(chǎng)的強(qiáng)度。

3、目前，國(guó)內(nèi)外海底日變站普遍采用質(zhì)子型地磁儀，由于儀器需要布置于海底，因此有一套部署裝置。通常會(huì)在該儀器上方連接浮球，下方連接釋放器和承重塊，將整套系統(tǒng)投放到海底，在回收時(shí)使用釋放器拋棄承重塊，利用浮球的浮力將地磁儀浮到海面上進(jìn)行回收。地磁日變站所使用的磁力儀內(nèi)置可充電電池，設(shè)備電池可持續(xù)維持工作兩到三個(gè)月。質(zhì)子型地磁儀的體積有限，因此，存在電池容量有限等問題。

4、儀器的一次使用時(shí)長(zhǎng)可以由兩個(gè)部分因素決定，一是電池容量，二是儀器功耗。增加電池容量的方法一般采用外置電池罐，但是會(huì)犧牲日變站的體積。因此本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種低功耗地磁日變磁力儀，延長(zhǎng)地磁監(jiān)測(cè)儀的使用時(shí)長(zhǎng)的同時(shí)還是可以提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種低功耗地磁日變磁力儀。該儀器在保留原有的磁測(cè)功能，還集成了電源管理功能，可用于提高設(shè)備使用時(shí)長(zhǎng)，有利于數(shù)據(jù)的完整性。

2、本發(fā)明包括主體，主體內(nèi)設(shè)置有數(shù)據(jù)儲(chǔ)存通訊模塊、電源管理模塊、磁數(shù)據(jù)采集模塊和磁測(cè)探頭模塊。數(shù)據(jù)儲(chǔ)存通訊模塊通過短接帽和主體端蓋上的水密接插件與上位機(jī)連接，通過通訊協(xié)議與上位機(jī)通訊，并存儲(chǔ)磁數(shù)據(jù)采集模塊獲取的磁場(chǎng)值；數(shù)據(jù)儲(chǔ)存通訊模塊還通過線路接電源管理模塊，電源管理模塊用于將電池電源轉(zhuǎn)換為不同電壓的電源，為其余模塊提供適配的電源；電源管理模塊還能通過控制不同模塊電源開關(guān)控制各個(gè)模塊的開關(guān)。磁測(cè)探頭模塊通過利用拉莫爾效應(yīng)和線圈感應(yīng)獲取拉莫爾信號(hào)。磁數(shù)據(jù)采集模塊通過測(cè)量獲取的拉莫爾信號(hào)的頻率獲取相應(yīng)的磁場(chǎng)值。

3、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存通訊模塊包括232通信電路、tf卡電路、短接帽檢測(cè)電路和紐扣電池，將磁數(shù)據(jù)采集模塊獲取的磁場(chǎng)值保存在tf卡中，通過232通信電路向外輸出至上位機(jī)，同時(shí)上位機(jī)通過232通信電路輸入指令配置系統(tǒng)參數(shù)。短接帽檢測(cè)電路內(nèi)設(shè)置有mos管，通過mos管檢測(cè)端面有無短接帽的狀態(tài)從而控制電池的輸入開斷。紐扣電池用于在低功耗模式下維持片外rtc時(shí)鐘和stm32l051c8t6芯片工作。

4、電源管理模塊包括stm32l051c8t6芯片、片外rtc時(shí)鐘電路、電源轉(zhuǎn)換電路和電池。通過l051芯片控制不同模塊電源開關(guān)，從而控制各個(gè)模塊的工作順序，確保在不同的工作模式下各個(gè)模塊合理地工作；通過電源轉(zhuǎn)換電路和電池轉(zhuǎn)換不同電壓的電源，為其余模塊提供適配的電源；在每個(gè)電壓產(chǎn)生的電路前端輸入端均通過mos管與l051芯片的i/o端口連接，l051芯片通過mos管控制目標(biāo)電壓是否產(chǎn)生，對(duì)電源開啟和關(guān)閉控制；l051芯片根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)選擇開啟部分電源或者關(guān)閉電源，從而達(dá)到關(guān)閉或開啟磁數(shù)據(jù)采集模塊，降低電源的損耗。電池通過主體端蓋上的水密接插件外接電源適配器進(jìn)行充電。

5、磁數(shù)據(jù)采集模塊包括stm32f407zgt6主控芯片、交流極化電路、直流計(jì)極化電路、配諧電路和信號(hào)檢測(cè)電路。

6、交流極化電路輸出交流高頻信號(hào)，交流極化電路輸出端接磁測(cè)探頭模塊信號(hào)輸入端；交流極化電路的輸入端通過mos管與stm32f407zgt6主控芯片的i\o端口連接，stm32f407zgt6主控芯片通過mos管控制交流極化電路的工作與否以及工作時(shí)序。

7、直流計(jì)極化電路輸出一個(gè)直流電壓信號(hào)，為磁測(cè)探頭模塊提供直流脈沖信號(hào)；直流計(jì)極化電路的輸入端通過mos管與stm32f407zgt6主控芯片的i\o端口連接，stm32f407zgt6主控芯片通過mos管控制直流計(jì)極化電路的工作與否以及工作時(shí)序。

8、配諧電路包括多路的電容陣列，每一路電容均通過mos管與stm32f407zgt6主控芯片的i\o端口連接，stm32f407zgt6主控芯片通過mos管控制各路電容陣列的開關(guān)。配諧電路通過選擇合適的電容陣列，對(duì)接收到的拉莫信號(hào)進(jìn)行濾波和窄帶放大處理。

9、信號(hào)檢測(cè)電路則是對(duì)配諧電路處理后的信號(hào)進(jìn)行程控放大和濾波處理，得到放大信號(hào)再分為兩路，一路為ad采集電壓值獲得信號(hào)的強(qiáng)度，一路通過轉(zhuǎn)方波電路輸入至stm32f407zgt6主控芯片的高級(jí)定時(shí)器引腳用于獲取信號(hào)的頻率。

10、磁測(cè)探頭模塊包括樣品室、高頻激發(fā)線圈、接收線圈、屏蔽層以及外殼。樣品室為玻璃容器，內(nèi)盛有自由基溶液，樣品室外纏繞高頻激發(fā)線圈。樣品室設(shè)置在纏繞有直流激勵(lì)和信號(hào)接收線圈的框架中，框架用絕緣材料制成；直流激勵(lì)和信號(hào)接收線圈外側(cè)設(shè)置有金屬料制成的屏蔽層，用于屏蔽外界電磁干擾對(duì)諧振腔和接收線圈的影響。外殼的端蓋上設(shè)置有第一sma口和第二sma口，第一sma口與高頻激發(fā)線圈相連接，用于輸入磁數(shù)據(jù)采集模塊交流極化電路生成的高頻激發(fā)信號(hào)；第二sma口與接收線圈相連，用于輸入磁數(shù)據(jù)采集模塊直流計(jì)極化電路生成的直流脈沖信號(hào)，以及向磁數(shù)據(jù)采集模塊的配諧電路輸出拉莫爾信號(hào)。

11、進(jìn)一步的，所述的stm32l051c8t6芯片用于管理電源的開關(guān)以及工作模式的切換，通過數(shù)據(jù)儲(chǔ)存通訊模塊獲取從上位機(jī)發(fā)送的指令，切換芯片的工作模式。根據(jù)設(shè)定的時(shí)間周期以及端蓋狀態(tài)進(jìn)行工作模式的自動(dòng)切換，通過控制電源管理模塊各個(gè)電源轉(zhuǎn)換的開關(guān)，從而控制模塊是否工作的工作與否；具體包括如下工作模式：

12、低功耗模式：系統(tǒng)不需要進(jìn)行磁測(cè)功能，只需要計(jì)時(shí)功能開啟，具體操作則是整個(gè)系統(tǒng)除了片外rtc在工作其他全部關(guān)閉，其電源由額外攜帶的大容量的紐扣電池供電；

13、通信模式：除了磁測(cè)模塊以及電源管理模塊中相關(guān)磁測(cè)電源部分不工作，其余均處于工作的狀態(tài)；

14、正常工作模式：stm32l051c8t6芯片控制電源管理模塊中相關(guān)磁測(cè)電源部分開啟，并且控制磁測(cè)模塊開始工作，獲取的磁場(chǎng)值由stm32f407zgt6主控芯片將磁場(chǎng)值通過串口發(fā)送至電源管理模塊stm32l051c8t6芯片，stm32l051c8t6芯片整合時(shí)間戳后發(fā)送至數(shù)據(jù)通訊模塊的232通訊電路用于數(shù)據(jù)保存和輸出儀器。

15、在一個(gè)工作周期內(nèi)，三個(gè)模式自動(dòng)切換，從而達(dá)到降低功耗的功能。

16、作為優(yōu)選，所述的屏蔽層材料為pom材料；所述的外殼則是采用啞光pc材料。所述的電池選用博世的12vdc，7ah鉛酸可充電電池，用于在非低功耗模式下為各模塊供電。所述的水密接插件采用的是subconn公司生產(chǎn)的mcbh8f1的八芯母端。所述的mos管為p溝道的mos管。所述的電源轉(zhuǎn)換電路包括亞德諾生產(chǎn)的型號(hào)為max1685eee+的電源轉(zhuǎn)換芯片、亞德諾生產(chǎn)的型號(hào)為max887h的電源轉(zhuǎn)換芯片和亞德諾生產(chǎn)的型號(hào)為lt1054cs8的穩(wěn)壓芯片。

17、上述技術(shù)方案具有如下有益技術(shù)效果：

18、通過電源管理模塊，地磁日變磁力儀可以根據(jù)磁力儀當(dāng)前狀態(tài)以及外界命令調(diào)整其工作模式，從而降低整體的能源功耗，特別是日變站不測(cè)量時(shí)，從而降低整體的電力成本，實(shí)現(xiàn)磁力儀儀器一次布防時(shí)間至少半年，從而降低布防和回收成本，提高了操作效率。長(zhǎng)時(shí)間的地磁監(jiān)測(cè)磁數(shù)據(jù)記錄，也提高了數(shù)據(jù)的完整性和穩(wěn)定性。