專利名稱：一種磁通門磁力儀背景場的自動補償裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用于磁通門磁力儀的背景場自動補償裝置和背景場自動補償方法。
背景技術(shù)：
磁通門磁力儀是適合在零磁場和弱磁場下應(yīng)用的測量磁場的儀器。當(dāng)用于測量強 磁場背景下的微弱變化磁場時，如觀測地磁場的變化即地磁場的“相對觀測”，需要通過對 主要磁場(背景場或地磁基本場)實行補償，使磁力儀探頭鐵芯工作在零場附近，使其分辨 率、動態(tài)范圍和線性特性都能滿足記錄地磁場分量變化的要求。補償方法是在探頭鐵芯上 增加一個補償線圈，通以補償電流，鐵芯中產(chǎn)生一個與探頭軸向外磁場大小相等、方向相反 的“補償磁場”，使探頭鐵芯近似工作于零場狀態(tài)，如

圖1所示。目前一些磁通門磁力儀主要采用手動調(diào)整的背景磁場補償方式，即采用分壓電阻 來控制補償電流的大小，通過手動調(diào)節(jié)電位器或分檔測量開關(guān)來改變分壓電阻值。這些補 償方法均需實地操作，不適宜于遠(yuǎn)程控制，比如井下磁力儀的補償或網(wǎng)絡(luò)化的遠(yuǎn)程監(jiān)控等 情況；且操作不便，精度低；有的操作繁瑣，需反復(fù)測量和設(shè)置，補償效率低。有的磁通門雖 然采用數(shù)字設(shè)置補償值的方法，但需要對背景磁場的預(yù)先測量，不能實行自動化操作，補償 精度也較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種自動補償磁通門磁力儀背景磁場的裝置， 實現(xiàn)對背景磁場的高精度自動補償、使其能夠滿足用于深井觀測和遠(yuǎn)程監(jiān)控的需要。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種磁通門磁力儀背景場的自動補償 裝置，包括A/D轉(zhuǎn)換器(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)、MCU (Micro Control Unit，微控制單元)和D/A轉(zhuǎn)換 器(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)；所述A/D轉(zhuǎn)換器與磁通門磁力儀的傳感器探頭電連接，D/A轉(zhuǎn)換器與磁通 門磁力儀的傳感器探頭中的補償線圈電連接，所述MCU分別與所述A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換 器電連接；所述A/D轉(zhuǎn)換器從所述磁通門磁力儀的傳感器探頭采集磁通門磁力儀測量值并 實時轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號供所述MCU運算處理，經(jīng)MCU運算處理得到的數(shù)字補償信號通過所述 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號并耦合給所述補償線圈。本發(fā)明的有益效果是所述MCU根據(jù)磁通門磁力儀測量值運算處理得到數(shù)字補償 信號，再將其發(fā)送給磁力儀的探頭補償線圈，從而實現(xiàn)了磁通門磁力儀對背景磁場的自動 補償，克服了手動調(diào)整的背景磁場補償方式的缺點，與手動調(diào)整的背景磁場補償方式相比， 提高了補償效率和精度，不再需要人工進(jìn)行現(xiàn)場實地操作，從而使其能夠滿足用于深井觀 測以及遠(yuǎn)程監(jiān)控和智能化測量。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。進(jìn)一步，所述A/D轉(zhuǎn)換器為M位A/D轉(zhuǎn)換器。采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，模數(shù)轉(zhuǎn)換精度高。進(jìn)一步，所述A/D轉(zhuǎn)換器為ADI公司(Analog Device Instrument，美國模擬器件公司)的AD7732 A/D轉(zhuǎn)換器或其它高精度的24位A/D。采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，工作穩(wěn)定，兼容性高，模數(shù)轉(zhuǎn)換精度高。進(jìn)一步，所述D/A轉(zhuǎn)換器為16位D/A轉(zhuǎn)換器。采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，數(shù)模轉(zhuǎn)換精度高。進(jìn)一步，所述D/A轉(zhuǎn)換器為Maxim公司(Maxim Integrated Products，美國美信集 成產(chǎn)品公司)的MAXM42 D/A轉(zhuǎn)換器或其它16位以上高精度D/A。利用上述本名發(fā)明的磁通門磁力儀背景場的自動補償裝置，本發(fā)明還提供了一種 磁通門磁力儀背景場的自動補償方法，包括以下步驟
步驟A 設(shè)定補償閥值，并執(zhí)行步驟B ；
步驟B 從磁通門磁力儀的傳感器探頭采集磁通門磁力儀測量值，并執(zhí)行步驟C ； 步驟C 將步驟B中采集的測量值的大小與補償閥值的大小進(jìn)行比較，若測量值的大小 小于補償閥值的大小，則執(zhí)行步驟E，否則執(zhí)行步驟D ；
步驟D 生成補償信號，并將其傳送給磁通門磁力儀的探頭補償線圈，并執(zhí)行步驟B ； 步驟E 結(jié)束對磁通門磁力儀背景場的自動補償。結(jié)合上述本名發(fā)明的磁通門磁力儀背景場的自動補償裝置，本發(fā)明又提供了一種 更具體的磁通門磁力儀背景場的自動補償方法，包括以下步驟
步驟100 設(shè)定補償閥值Ut3 ,并將所述MCU中的寄存器置“0x8000”，寄存器操作數(shù)位設(shè)
定為最高位，并執(zhí)行步驟200 ；
步驟200 對所述磁通門磁力儀的傳感器探頭的輸出進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到轉(zhuǎn)換結(jié)果U ,
并執(zhí)行步驟300 ；
步驟300:比較所述U,和舊,J,若
權(quán)利要求
1.一種磁通門磁力儀背景場的自動補償裝置，其特征在于包括A/D轉(zhuǎn)換器、MCU和D/ A轉(zhuǎn)換器；所述A/D轉(zhuǎn)換器與磁通門磁力儀的傳感器探頭電連接，D/A轉(zhuǎn)換器與磁通門磁力 儀的傳感器探頭中的補償線圈電連接，所述MCU分別與所述A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器電連 接；所述A/D轉(zhuǎn)換器從所述磁通門磁力儀的傳感器探頭采集磁通門磁力儀測量值并實時轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號供所述MCU運算處理，經(jīng)MCU運算處理得到的數(shù)字補償信號通過所述D/A轉(zhuǎn) 換器轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號并耦合給所述補償線圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述A/D轉(zhuǎn)換器為對位A/D轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述A/D轉(zhuǎn)換器為AD7732型A/D轉(zhuǎn) 換器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述D/A轉(zhuǎn)換器為16位D/A轉(zhuǎn)換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的裝置，其特征在于所述D/A轉(zhuǎn)換器為MAXM42型D/A轉(zhuǎn) 換器。
6.一種磁通門磁力儀背景場的自動補償方法，利用權(quán)利要求1至5任一項所述的裝置， 包括如下步驟步驟A 設(shè)定補償閥值，并執(zhí)行步驟B ；步驟B 從磁通門磁力儀的傳感器探頭采集磁通門磁力儀測量值，并執(zhí)行步驟C ；步驟C 將步驟B中采集的測量值的大小與補償閥值的大小進(jìn)行比較，若測量值的大小 小于補償閥值的大小，則執(zhí)行步驟E，否則執(zhí)行步驟D ；步驟D 生成補償信號，并將其傳送給磁通門磁力儀的探頭補償線圈，并執(zhí)行步驟B ；步驟E 結(jié)束對磁通門磁力儀背景場的自動補償。
7.—種磁通門磁力儀背景場的自動補償方法，利用權(quán)利要求1至5任一項所述的裝置， 包括以下步驟步驟100 設(shè)定補償閥值Ut],并將所述MCU中的寄存器置“0x8000”，寄存器操作數(shù)位設(shè) 定為最高位，并執(zhí)行步驟200 ；步驟200 對所述磁通門磁力儀的傳感器探頭的輸出進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到轉(zhuǎn)換結(jié)果認(rèn)， 并執(zhí)行步驟300 ；步驟300:比較所述11:和|1^|,若1^ > juj,則執(zhí)行步驟400，否則執(zhí)行步驟500;步驟400 將所述寄存器操作數(shù)位下移一位，并執(zhí)行步驟410 ；步驟410 將所述寄存器當(dāng)前數(shù)位置“1”，并執(zhí)行步驟420 ；步驟420 將所述寄存器的值通過所述D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬補償信號，并將所述模擬 補償信號傳送給磁通門磁力儀的探頭補償線圈，經(jīng)延遲后執(zhí)行步驟430 ；步驟430 對所述磁通門磁力儀的傳感器探頭的輸出進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到轉(zhuǎn)換結(jié)果Ui, 并執(zhí)行步驟440;步驟440 比較所述認(rèn)和I，則執(zhí)行步驟400，否則執(zhí)行步驟450 ；步驟450 比較所述U:和|U -‘ ι,若1,則執(zhí)行步驟460，否則執(zhí)行步驟600 ；步驟460 將所述寄存器當(dāng)前數(shù)位置“0”，并判斷所述寄存器當(dāng)前數(shù)位是否為最低數(shù) 位，若是則執(zhí)行步驟600，否則執(zhí)行步驟400 ；步驟500 比較所述Ui和I U,’ I,若U: <,則執(zhí)行步驟510，否則執(zhí)行步驟600 ；步驟510 將所述寄存器置“0x7FFF”，并執(zhí)行步驟520 ； 步驟520 將所述寄存器操作數(shù)位下移一位，并執(zhí)行步驟530 ； 步驟530 將所述寄存器當(dāng)前數(shù)位置“0”，并執(zhí)行步驟MO ；步驟MO 將所述寄存器的值通過D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬補償信號，并將所述模擬補償 信號傳送給磁通門磁力儀的探頭補償線圈，經(jīng)延遲后執(zhí)行步驟550 ；步驟550 對所述磁通門磁力儀的傳感器探頭的輸出進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到轉(zhuǎn)換結(jié)果Ui,并執(zhí)行步驟560 ；步驟560 比較所述U:和Ity,若11: <步驟570:比較所述遼和|U,J,若1，則執(zhí)行步驟520，否則執(zhí)行步驟570 ；，則執(zhí)行步驟580，否則執(zhí)行步驟600 ；步驟580 將所述寄存器當(dāng)前數(shù)位置“1”，并判斷所述寄存器當(dāng)前數(shù)位是否為最低數(shù) 位，若是則執(zhí)行步驟600，否則執(zhí)行步驟520 ；步驟600 結(jié)束對磁通門磁力儀背景場的自動補償。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述補償閥值Un的值不小于10 nT。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述補償閥值Un的值為30 nTc
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁通門磁力儀背景場的自動補償裝置和方法。所述裝置包括A/D轉(zhuǎn)換器、MCU和D/A轉(zhuǎn)換器；所述A/D轉(zhuǎn)換器從磁通門磁力儀的傳感器探頭采集磁通門磁力儀測量值并實時轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號供所述MCU運算處理，經(jīng)MCU運算處理得到的數(shù)字補償信號通過所述D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號并耦合給所述磁通門磁力儀的傳感器探頭中的補償線圈。所述方法由A/D轉(zhuǎn)換器采集信號，由MCU判斷是否需要進(jìn)行補償及給出補償初值的大小和方向，并由D/A轉(zhuǎn)換器輸出補償電流；再重復(fù)上述補償循環(huán)；經(jīng)若干補償循環(huán)，使傳感器探頭置于近似零場中。本發(fā)明不需要人工進(jìn)行現(xiàn)場實地操作儀器，提高了補償效率和精度，能夠用于深井觀測以及儀器的遠(yuǎn)程監(jiān)控和智能化測量。
文檔編號G01R33/04GK102129051SQ20101060713
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者張旸, 張煉, 滕云田, 胡星星, 馬潔美 申請人:中國地震局地球物理研究所