本發(fā)明屬于海底磁力勘查技術領域，具體涉及一種基于英國Bartington公司磁通門傳感器的海底三分量磁力測量電路。

背景技術：
地球是天然的磁體，各種儀器、礦藏、以及軍事武器均受到地磁場的影響，在局部范圍內，鐵磁性物質不可避免的被地球磁場磁化產生磁矩，形成向外輻射磁場的磁源，相應的影響地磁場的分布從而引起磁場異常，也對磁傳感器產生影響。因此在一定空間區(qū)域內，連續(xù)檢測區(qū)域內磁場，分析對比磁場數據，利用磁異?，F象可以對目標進行定位和跟蹤。在國內，磁法勘查一直以來是地質調查與勘探的有效手段之一，隨著世界各國對海底礦產資源開發(fā)的日益重視，磁法勘查逐漸在海洋領域得到應用。地質學家通過對海底進行磁力勘探，然后根據磁力數據描繪地區(qū)磁場地圖，分析定位熱液硫化物噴口以及礦藏分布等情況。

技術實現要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種海底三分量磁力儀的測量電路。本發(fā)明包括電源電路、傳感器信號采集電路、數據傳輸與存儲電路、主控電路。所述的電源電路包括+13V輸出電源電路、-13V輸出電源電路、+6.5V緩沖電壓電路、+5V偏置電壓輸出電路、+5V輸出電源電路、+3.3V輸出電源電路、+2.5V基準電壓電源電路；電源電路負責提供正負13V電源給磁通門傳感器供電，并通過+6.5V緩沖電壓電路與線性電路得到紋波較小的5V和3.3V；其中5V給高精度模數轉換器供電，+5V偏置電壓輸出電路為信號調理電路提供高精度，低溫漂的偏置電壓；+2.5V基準電壓電源電路為模數轉換芯片提供穩(wěn)定的基準電壓。所述的傳感器信號采集電路包括數模轉換電路和三個結構相同的信號調理電路。所述的信號調理電路包括運算放大器芯片IC11，電阻R16的一端、電阻R17的一端、電阻R18的一端接運算放大器芯片IC11的3腳，電阻R16的另一端接+5V偏置電壓輸出電路的+5V偏置電壓輸出端，電阻R18的另一端、運算放大器芯片IC11的4腳接地；運算放大器芯片IC11的2腳和1腳接電阻R19的一端，運算放大器芯片IC11的8腳和電容C25的一端接+5V輸出電源電路的+5V電源輸出端，電容C25的另一端接地；電阻R19的另一端和電容C26的一端接電阻R20的一端，電阻R20的另一端和電容C27的一端接運算放大器芯片IC11的5腳，電容C27的另一端接地；電容C26的另一端、運算放大器芯片IC11的6腳和7腳連接，作為信號調理電路的輸出端；三個信號調理電路中的電阻R17的另一端分別作為三軸磁通門傳感器M的三軸磁場電壓信號的三個輸入端；運算放大器芯片IC11采用德州儀器的精密運放芯片OPA2376。所述的數模轉換電路包括模數轉換芯片IC12，電阻R21的一端、極性電容Cp14的正極、電容C29的一端、電容C30的一端接模數轉換芯片IC12的4腳，電阻R21的另一端接+2.5V基準電壓電源電路的+2.5V基準電壓輸出端，電阻R22的一端、極性電容Cp14的負極、電容C29的另一端、電容C30的另一端接模數轉換芯片IC12的3腳，電阻R22的另一端接地；模數轉換芯片IC12的1腳、極性電容Cp13的正極和電容C28的一端連接后接+5V輸出電源電路的+5V電源輸出端，極性電容Cp13的負極和電容C28的另一端接地；模數轉換芯片IC12的6腳、8腳、10腳分別與三個信號調理電路的輸出端連接；模數轉換芯片IC12的5腳通過電阻R23與+2.5V基準電壓電源電路的+2.5V基準電壓輸出端連接，模數轉換芯片IC12的2腳接地；模數轉換芯片IC12的14腳、15腳、16腳、電容C31的一端、極性電容Cp15的正極接+3.3V輸出電源電路的+3.3V電源輸出端，模數轉換芯片IC12的17腳、電容C31的另一端、極性電容Cp15的負極接地；晶振Y1的一端和電容C33的一端接模數轉換芯片IC12的19腳，晶振Y1的另一端和電容C32的一端接模數轉換芯片IC12的18腳，電容C33的另一端和電容C32的另一端接地；電阻R24的一端接模數轉換芯片IC12的24腳，電阻R25的一端接模數轉換芯片IC12的23腳，電阻R26的一端接模數轉換芯片IC12的22腳，電阻R27的一端接模數轉換芯片IC12的21腳，電阻R28的一端接模數轉換芯片IC12的20腳，電阻R28的另一端接地；模數轉換芯片IC12采用德州儀器的24位模數轉換芯片ADS1256。所述的數據傳輸與存儲電路包括多通道RS-232線路驅動器/接收器IC13，多通道RS-232線路驅動器/接收器IC13的1腳、3腳分別連接電容C34的兩端，4腳、5腳分別連接電容C35的兩端,15腳直接接地，6腳通過電容C36接地，2腳通過電容C37接地，16腳和電容C38的一端連接后接+3.3V輸出電源電路的+3.3V電源輸出端，電容C38的另一端接地；多通道RS-232線路驅動器/接收器IC13采用德州儀器的MAX3232芯片。所述的主控電路包括主控芯片IC14，電容C39的一端和晶振Y2的一端接主控芯片IC14的5腳，電容C40的一端和晶振Y2的另一端接主控芯片IC14的6腳，電容C39的另一端和電容C40的另一端接地，主控芯片IC14的60腳通過電阻R29接地；電阻R30的一端、電容C41的一端、開關K1的一端接主控芯片IC14的7腳，電阻R30的另一端接+3.3V輸出電源電路的+3.3V電源輸出端，電容C41的另一端和開關K1的另一端連接后接地；主控芯片IC14的1腳接紐扣電池BT1的正極，紐扣電池BT1的負極接地，主控芯片IC14的32腳、48腳、64腳、19腳、13腳連接后接+3.3V輸出電源電路的+3.3V電源輸出端，主控芯片IC14的31腳、47腳、63腳、18腳、12腳連接后接地；主控芯片IC14的30腳通過電阻R31接發(fā)光二極管LED2的正極，發(fā)光二極管LED2的負極接地；電容C42的一端、電阻R32的一端、晶振Y3的一端接主控芯片IC14的3腳，電容C43的一端、電阻R32的另一端、晶振Y3的另一端接主控芯片IC14的4腳，電容C42的另一端和電容C43的另一端連接后接地；主控芯片IC14的34腳接數模轉換電路中電阻R24的另一端，35腳接數模轉換電路中電阻R26的另一端，36腳接數模轉換電路中電阻R25的另一端，38腳接數模轉換電路中電阻R27的另一端；主控芯片IC14的16腳接數據傳輸與存儲電路中多通道RS-232線路驅動器/接收器IC13的10腳，主控芯片IC14的17腳接數據傳輸與存儲電路中多通道RS-232線路驅動器/接收器IC13的9腳；主控芯片IC14的20腳、21引腳、22引腳、23引腳分別為片上外設SPI1的NSS、SCLK、MISO、MOSI引腳輸出端，與TF卡的SPI總線連接；主控芯片IC14采用意法半導體的STM32F103RCT6芯片。本發(fā)明實現了基于磁通門的一種海底三分量磁力儀的測量電路。利用了磁通門磁傳感器的高分辨率，低功耗等特點。在電源分支中，前級電源采用DC/DC來增加電源的工作效率，后級電源利用線性電源來降低電源的紋波與噪聲，為后續(xù)電路提供了穩(wěn)定可靠，干凈的電源。電路工作時，工作電流約為170mA，實現了低功耗。在傳感器信號調理電路中，選擇了極低噪聲的運放芯片與高精度的模數轉換芯片來提高測量電路的有效分辨率。附圖說明圖1為本發(fā)明電路的整體框圖；圖2為圖1中電源電路的整體結構圖；圖3為圖2中的+13V輸出電源電路的電路圖；圖4為圖2中的-13V輸出電源電路的電路圖；圖5為圖2中的+6.5V緩沖電壓電路的電路圖；圖6為圖2中的+5V偏置電壓輸出電路的電路圖；圖7為圖2中的+5V輸出電源電路的電路圖；圖8為圖2中的+3.3V輸出電源電路的電路圖；圖9為圖2中的+2.5V基準電壓電源電路的電路圖；圖10為圖1中傳感器信號采集電路中的信號調理電路的電路圖；圖11為圖1中傳感器信號采集電路中的數模轉換電路的電路圖；圖12為圖1中數據傳輸與存儲電路的電路圖；圖13為圖1中主控電路的電路圖。具體實施方式如圖1所示，一種海底三分量磁力儀的測量電路，包括電源電路Ⅰ、傳感器信號采集電路Ⅱ、數據傳輸與存儲電路Ⅲ、主控電路Ⅳ。如圖2所示，電源電路Ⅰ包括+13V輸出電源電路1、-13V輸出電源電路2、+6.5V緩沖電壓電路3、+5V偏置電壓輸出電路4、+5V輸出電源電路5、+3.3V輸出電源電路6、+2.5V基準電壓電源電路7。電源電路負責提供正負13V電源給磁通門傳感器供電，并通過+6.5V緩沖電壓電路與線性電路得到紋波較小的5V和3.3V。其中5V給高精度模數轉換器供電，+5V偏置電壓輸出電路為信號調理電路提供高精度，低溫漂的偏置電壓。+2.5V基準電壓電源電路為模數轉換芯片提供穩(wěn)定的基準電壓。如圖3所示，+13V輸出電源電路包括開關電源芯片IC1和線性電源芯片IC2。開關電源芯片IC1的7腳和電容C1的一端接+24V電源，開關電源芯片IC1的6腳、9腳和電容C1的另一端接地；開關電源芯片IC1的1腳接電容C2的一端，開關電源芯片IC1的8腳接電容C2的另一端、肖特基二極管D1的陰極接電感L1的一端，電感L1的另一端、電阻R1的一端、極性電容Cp1的正極、電容C3的一端、電容C4的一端、極性電容Cp2的正極接線性電源芯片IC2的3腳，電阻R1的另一端和電阻R2的一端接開關電源芯片IC1的4腳；電阻R3的一端和電阻R4的一端接線性電源芯片IC2的1腳，極性電容Cp3的正極和電阻R4的另一端接線性電源芯片IC2的2腳，作為+13V電源輸出端，電阻R2的另一端、極性電容Cp1的負極、電容C3的另一端、電容C4的另一端、極性電容Cp2的負極、電阻R3的另一端、極性電容Cp3的負極接地。開關電源芯片IC1采用德州儀器的開關電源芯片TPS5430，線性電源芯片IC2采用凌特公司的線性電源芯片LT1086-ADJ。如圖4所示，-13V輸出電源電路包括開關電源芯片IC3和線性電源芯片IC4。開關電源芯片IC3的7腳、電容C5的一端和電容C6的一端接+24V電源，電容C5的另一端接地；開關電源芯片IC3的1腳接電容C7的一端，開關電源芯片IC3的8腳、電容C7的另一端、肖特基二極管D2的陰極接電感L2的一端；電阻R5的一端、電阻R6的一端接開關電源芯片IC3的4腳，電容C6的另一端、電阻R5的另一端、極性電容Cp4的負極、電容C8的一端、電容C9的一端、電源芯片IC3的6腳和9腳接以及極性電容Cp5的負極接線性電源芯片IC4的2腳；電感L2的另一端、電阻R6的另一端、極性電容Cp4的正極、電容C8的另一端、電容C9的另一端相接并接地；電阻R7的一端和電阻R8的一端接線性電源芯片IC4的1腳，電阻R8的另一端、極性電容Cp6的負極相接，作為-13V電源輸出端，電阻R7的另一端、極性電容Cp5的正極、電容Cp6的正極相接并接地。開關電源芯片IC3采用德州儀器的開關電源芯片TPS5430，線性電源芯片IC4采用德州儀器公司的線性電源芯片LM337。如圖5所示，+6.5V緩沖電壓電路包括開關電源芯片IC5，開關電源芯片IC5的7腳、電容C10的一端和電容C11的一端接+24V電源，開關電源芯片IC5的6腳和9腳、電容C10的另一端和電容C11的另一端接地；開關電源芯片IC5的1腳接電容C12的一端，開關電源芯片IC5的8腳、電容C12的另一端、肖特基二極管D3的陰極接電感L3的一端，電感L1的另一端、電阻R9的一端、極性電容Cp7的正極、電容C13的一端、電容C14的一端接零歐姆電阻R11的一端，電阻R9的另一端和電阻R10的一端接開關電源芯片IC5的4腳；電阻R10的另一端、極性電容Cp7的負極、電容C13的另一端、電容C14的另一端接地；零歐姆電阻R11的另一端作為+6.5V緩沖電壓輸出端。開關電源芯片IC5采用德州儀器的開關電源芯片TPS5430。如圖6所示，+5V偏置電壓輸出電路包括基準電壓芯片IC6，基準電壓芯片IC6的2腳和電容C15的一端接+6.5V緩沖電壓電路的+6.5V緩沖電壓輸出端，基準電壓芯片IC6的4腳和電容C15的另一端接地，基準電壓芯片IC6的5腳通過電容C16接地，基準電壓芯片IC6的6腳和電阻R12的一端連接后通過電容C17接地，電阻R12的另一端與電容C18的一端連接，作為+5V偏置電壓輸出端，電容C18的另一端接地?；鶞孰妷盒酒琁C6采用德州儀器的基準電壓芯片REF5050。如圖7所示，+5V輸出電源電路包括線性電源芯片IC7，線性電源芯片IC7的3腳和極性電容Cp8的正極接+6.5V緩沖電壓電路的+6.5V緩沖電壓輸出端，電阻R13的一端和極性電容Cp9的正極接線性電源芯片IC7的1腳，極性電容Cp10的正極接線性電源芯片IC7的2腳，作為+5V電源輸出端，極性電容Cp8的負極、極性電容Cp8的負極、極性電容Cp8的負極和電阻R13的另一端連接后接地。線性電源芯片IC7采用凌特公司的線性電源芯片LT1086-5V。如圖8所示，+3.3V輸出電源電路包括線性電源芯片IC8，線性電源芯片IC8的3腳、極性電容Cp11的正極、電容C19的一端接+5V輸出電源電路的+5V電源輸出端；極性電容Cp11的正極、電阻R14的一端接線性電源芯片IC8的2腳，作為+3.3V電源輸出端；電阻R14的另一端接發(fā)光二極管LED1的正極，線性電源芯片IC8的1腳、極性電容Cp11的負極、極性電容Cp12的負極、發(fā)光二極管LED1的負極、電容C19的另一端接地。線性電源芯片IC8采用凌特公司的線性電源芯片LT1086-3.3V。如圖9所示，+2.5V基準電壓電源電路包括基準電壓芯片IC9和運算放大器芯片IC10；基準電壓芯片IC9的2腳和電容C20的一端接+5V輸出電源電路的+5V電源輸出端，基準電壓芯片IC9的4腳和電容C20的另一端接地，基準電壓芯片IC9的5腳通過電容C21接地，基準電壓芯片IC9的6腳和電阻R15的一端連接后通過電容C22接地；電阻R15的另一端、電容C23的一端接運算放大器芯片IC10的3腳，運算放大器芯片IC10的2腳、電容C23的另一端接地；運算放大器芯片IC10的5腳與電容C24的一端連接后接+5V輸出電源電路的+5V電源輸出端，電容C24的另一端接地；運算放大器芯片IC10的1腳和4腳連接，作為+2.5V基準電壓輸出端?；鶞孰妷盒酒琁C9采用德州儀器的基準電壓芯片REF5025，運算放大器芯片IC10采用德州儀器的精密運放芯片OPA376。傳感器信號采集電路Ⅱ包括數模轉換電路和三個結構相同的信號調理電路。如圖10所示，信號調理電路包括運算放大器芯片IC11，電阻R16的一端、電阻R17的一端、電阻R18的一端接運算放大器芯片IC11的3腳，電阻R16的另一端接+5V偏置電壓輸出電路的+5V偏置電壓輸出端，電阻R18的另一端、運算放大器芯片IC11的4腳接地；運算放大器芯片IC11的2腳和1腳接電阻R19的一端，運算放大器芯片IC11的8腳和電容C25的一端接+5V輸出電源電路的+5V電源輸出端，電容C25的另一端接地；電阻R19的另一端和電容C26的一端接電阻R20的一端，電阻R20的另一端和電容C27的一端接運算放大器芯片IC11的5腳，電容C27的另一端接地；電容C26的另一端、運算放大器芯片IC11的6腳和7腳連接，作為信號調理電路的輸出端；三個信號調理電路中的電阻R17的另一端分別作為三軸磁通門傳感器M的三軸磁場電壓信號的三個輸入端。運算放大器芯片IC11采用德州儀器的精密運放芯片OPA2376。三軸磁通門傳感器M采用英國Bartington公司的磁通門傳感器。三軸磁通門傳感器輸出為模擬電壓信號，范圍為-10V至10V。本電路選用的高精度模數轉換芯片可測量的模擬值范圍為0至5V。因此需要通過線性電路將[-10V,10V]轉換成模數轉換芯片可測量的[0,5V]。設磁通門輸出電壓信號為Vin,模數轉換器輸入信號為Vo,設偏置電壓為5V，那么輸入輸出之間的關系為：Vo＝0.25*Vin+2.5。因為磁通門傳感器的有效帶寬在0-3KHz,所以在線性電路需要實現一個截止頻率約為10KHz的有源低通濾波器。設傳感器輸出模擬電壓信號為Vin,信號調理后電壓為Vo。則線性電路方程為：其中vias＝5V。有源低通濾波器傳遞函數為：如圖11所示，數模轉換電路包括模數轉換芯片IC12，電阻R21的一端、極性電容Cp14的正極、電容C29的一端、電容C30的一端接模數轉換芯片IC12的4腳，電阻R21的另一端接+2.5V基準電壓電源電路的+2.5V基準電壓輸出端，電阻R22的一端、極性電容Cp14的負極、電容C29的另一端、電容C30的另一端接模數轉換芯片IC12的3腳，電阻R22的另一端接地；模數轉換芯片IC12的1腳、極性電容Cp13的正極和電容C28的一端連接后接+5V輸出電源電路的+5V電源輸出端，極性電容Cp13的負極和電容C28的另一端接地；模數轉換芯片IC12的6腳、8腳、10腳分別與三個信號調理電路的輸出端連接；模數轉換芯片IC12的5腳通過電阻R23與+2.5V基準電壓電源電路的+2.5V基準電壓輸出端連接，模數轉換芯片IC12的2腳接地；模數轉換芯片IC12的14腳、15腳、16腳、電容C31的一端、極性電容Cp15的正極接+3.3V輸出電源電路的+3.3V電源輸出端，模數轉換芯片IC12的17腳、電容C31的另一端、極性電容Cp15的負極接地；晶振Y1的一端和電容C33的一端接模數轉換芯片IC12的19腳，晶振Y1的另一端和電容C32的一端接模數轉換芯片IC12的18腳，電容C33的另一端和電容C32的另一端接地；電阻R24的一端接模數轉換芯片IC12的24腳，電阻R25的一端接模數轉換芯片IC12的23腳，電阻R26的一端接模數轉換芯片IC12的22腳，電阻R27的一端接模數轉換芯片IC12的21腳，電阻R28的一端接模數轉換芯片IC12的20腳，電阻R28的另一端接地。模數轉換芯片IC12采用德州儀器的24位模數轉換芯片ADS1256。如圖12所示，數據傳輸與存儲電路Ⅲ包括多通道RS-232線路驅動器/接收器IC13，多通道RS-232線路驅動器/接收器IC13的1腳、3腳分別連接電容C34的兩端，4腳、5腳分別連接電容C35的兩端,15腳直接接地，6腳通過電容C36接地，2腳通過電容C37接地，16腳和電容C38的一端連接后接+3.3V輸出電源電路的+3.3V電源輸出端，電容C38的另一端接地。多通道RS-232線路驅動器/接收器IC13采用德州儀器的MAX3232芯片。如圖13所示，主控電路Ⅳ包括主控芯片IC14，電容C39的一端和晶振Y2的一端接主控芯片IC14的5腳，電容C40的一端和晶振Y2的另一端接主控芯片IC14的6腳，電容C39的另一端和電容C40的另一端接地，主控芯片IC14的60腳通過電阻R29接地；電阻R30的一端、電容C41的一端、開關K1的一端接主控芯片IC14的7腳，電阻R30的另一端接+3.3V輸出電源電路的+3.3V電源輸出端，電容C41的另一端和開關K1的另一端連接后接地；主控芯片IC14的1腳接紐扣電池BT1的正極，紐扣電池BT1的負極接地，主控芯片IC14的32腳、48腳、64腳、19腳、13腳連接后接+3.3V輸出電源電路的+3.3V電源輸出端，主控芯片IC14的31腳、47腳、63腳、18腳、12腳連接后接地；主控芯片IC14的30腳通過電阻R31接發(fā)光二極管LED2的正極，發(fā)光二極管LED2的負極接地；電容C42的一端、電阻R32的一端、晶振Y3的一端接主控芯片IC14的3腳，電容C43的一端、電阻R32的另一端、晶振Y3的另一端接主控芯片IC14的4腳，電容C42的另一端和電容C43的另一端連接后接地；主控芯片IC14的34腳接數模轉換電路中電阻R24的另一端，35腳接數模轉換電路中電阻R26的另一端，36腳接數模轉換電路中電阻R25的另一端，38腳接數模轉換電路中電阻R27的另一端；主控芯片IC14的16腳接數據傳輸與存儲電路中多通道RS-232線路驅動器/接收器IC13的10腳，主控芯片IC14的17腳接數據傳輸與存儲電路中多通道RS-232線路驅動器/接收器IC13的9腳；主控芯片IC14的20腳、21引腳、22引腳、23引腳分別為片上外設SPI1的NSS、SCLK、MISO、MOSI引腳輸出端，與TF卡的SPI總線連接。主控芯片IC14采用意法半導體的STM32F103RCT6芯片。由于電路采用英國Bartington公司的磁通門傳感器，傳感器將磁信號轉化成電壓信號輸出，電壓范圍在[-10V,10V]之間，而市場上的高精度模數轉換芯片只能轉換[0,5V]的電壓值，因此設計了信號調理電路(AIAO)實現將傳感器輸出信號的電壓值轉換成模數轉換芯片可接受的電壓值。因為MAG03MCL100磁通門傳感器的有效帶寬在0-3KHz,所以在信號調理環(huán)節(jié)需要實現一個截止頻率約為10KHz的有源低通濾波器(LPF)濾除傳感器輸出的噪聲。經過有源低通濾波器之后的電壓信號進入模數轉換電路，主控單元通過SPI總線與模數轉換芯片通信，獲取電壓信號的數字量。主控單元將數字量換算成模擬量，計算出該模擬量下對應的三軸磁場值，并計算出總磁場值。一方面，主控單元組合實時時鐘與磁場值，并將實時磁場值存儲在TF卡中。另一方面，主控單元主動將實時磁場值通過串口發(fā)送至外部通信端口。本發(fā)明所涉及的電路可搭載在無磁或弱磁性拖曳式水下裝備中，進行拖曳式地磁測量，可以搭載在水下機器人上，還可以搭載在海底多參數觀測平臺上。電路可測量海底實時三分量矢量磁場值，為海底矢量磁異常成圖提供原始數據，為海底搜尋、掃雷、勘探礦藏提供可能。