基于DSP的质子旋进磁力仪设计与实现

【摘要】质子磁力仪是依靠质子旋进现象制成的测量静磁场的仪器，被广泛用于磁场观测、地质勘探、找矿等领域。传统质子磁力仪工作原理简单，通过线圈中的直流电流产生的强磁场将氢质子极化，极化后的氢质子在待测磁场中进行拉莫尔旋进，旋进过程中氢质子磁矩切割感应线圈产生拉莫尔信号，测量拉莫尔信号的频率得到被测磁场值。为提高质子磁力仪综合性能，本文介绍了基于数字信号处理器（DSP）TMS320F2812研制的JPM-1型质子磁力仪。此磁力仪以DSP为核心实现了质子旋进信号的采集和处理，采用基于DSP的软件数频算法计算旋进信号频率。文中首先研究了质子磁力仪的基本原理，整个系统的框架，影响质子磁力仪测量精度提高的技术。然后从质子旋进信号的信号强度和仪器噪声两个方面，研究了质子旋进信号的信噪比，给出质子旋进信号实测信号的信噪比，并研究了信噪比对数频的影响，得到提高仪器精度、灵敏度的关键是提高质子旋进信号信噪比。文中介绍了质子磁力仪各部分功能模块电路设计，包括信号检测电路与数字模块电路，给出系统电源模块、主控模块、显示模块、时钟模块等各功能模块设计思路。随后文中分析质子磁力仪使用的数频算法，展示了磁力仪的基本功能，介绍了系统整个软件设计。最后给出了JPM-1型质子磁力仪测量的结果，包括仪器灵敏度测试的结果和与GSM-19T质子磁力仪对比测试的结果。野外测试结果表明，此质子磁力仪探头信号初始幅值约为0.4μV，初始信噪比为32:1，灵敏度为0.27nT，测量取得良好效果。
【作者】周前伟；
【导师】张爽；
【作者基本信息】吉林大学，电路与系统，2014，硕士
【关键词】质子磁力仪；数字信号处理器（DSP）；信噪比；灵敏度；测频方法；

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