本實(shí)用新型屬于航海、航空領(lǐng)域的磁性勘探技術(shù)，具體涉及一種三分量磁力梯度儀的測(cè)量電路。

背景技術(shù)：

磁力梯度儀主要用于近磁場(chǎng)源周圍磁場(chǎng)的測(cè)量，測(cè)定磁場(chǎng)梯度的儀器，如生物磁場(chǎng)的測(cè)量和地下鐵磁性埋件的探測(cè)等。磁場(chǎng)梯度是個(gè)矢量，磁力梯度儀測(cè)定的是磁場(chǎng)某個(gè)方向的梯度值?，F(xiàn)有梯度測(cè)量一般是將2個(gè)磁靈敏系統(tǒng)放在某個(gè)方向的固定距離上,分別在載體運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)兩個(gè)地方測(cè)得近磁場(chǎng)強(qiáng)度，做差值消除背景磁場(chǎng)帶來的影響，由此獲得磁場(chǎng)的相對(duì)變化量，即梯度值，可以進(jìn)一步確認(rèn)載體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在國內(nèi)，磁力梯度勘探一直以來是地質(zhì)和海洋領(lǐng)域調(diào)查的有效手段，隨著世界各國對(duì)海底礦產(chǎn)資源開發(fā)的日益重視以及軍事運(yùn)用的需求增加，磁力梯度勘探逐漸在海洋領(lǐng)域得到應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種三分量磁力梯度儀的測(cè)量電路。

一種三分量磁力梯度儀的測(cè)量電路，包括電源電路、傳感器信號(hào)采集電路、數(shù)據(jù)傳輸電路和主控電路，其中傳感器信號(hào)采集電路包括信號(hào)調(diào)理電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路；

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、+3.3V輸出電源電路、+5V輸出電源電路、+4.5V輸出電源電路、+2.5V基準(zhǔn)電壓電源電路；電源電路負(fù)責(zé)提供正負(fù)13V電源給傳感器供電，并通過中間得到的+6.5V緩沖電壓電路與線性電源電路得到紋波較小的5V和3.3V；其中5V給高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器供電，后續(xù)產(chǎn)生的4.5V為信號(hào)調(diào)理電路提供高精度，低溫漂的偏置電壓；+2.5V基準(zhǔn)電壓電源電路為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓；

+12V輸出電源電路包括開關(guān)電源芯片IC1、第一非極性電容C1、第二非極性電容C2、第三非極性電容C3、第四非極性電容C4、第五非極性電容C5、第一極性電容Cp1、第二極性電容Cp2、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第一肖特基二極管D1、第一電感L1、第一貼片開關(guān)K1和第一接插件P1；

開關(guān)電源芯片IC1的7腳、第一非極性電容C1的一端、第二非極性電容C2的一端、第一極性電容Cp1的正極和第一肖特基二極管D1的陰極接+24的輸入電壓；第一肖特基二極管D1的陽極和第一貼片開關(guān)K1的一端相連接，第一貼片開關(guān)K1的另一端與第一接插件P1的1腳連接，第一接插件P1的2腳與第一極性電容Cp1的負(fù)極連接并接地；開關(guān)電源芯片IC1的6腳、9腳、第一非極性電容C1的另一端、第二非極性電容C2的另一端、第二電阻R2的一端、第二極性電容Cp2的負(fù)極、第四非極性電容C4的一端和第五非極性電容C5的一端都接地；開關(guān)電源芯片IC1的2腳，3腳，5腳都懸空；開關(guān)電源芯片IC1的1腳接第三非極性電容C3的一端；開關(guān)電源芯片IC1的8腳、第三非極性電容C3的另一端、第二肖特基二極管D2的陰極接第一電感L1的一端，第一電感L1的另一端、第一電阻R1的一端、第二極性電容Cp2的正極、第四非極性電容C4的另一端、第五非極性電容C5的另一端接第三電阻R3的一端；第三電阻R3的另一端作為電壓+12V的輸出端；第二肖特基二極管D2的陽極接地；第一電阻R1的另一端、第二電阻R2的另一端連接并接開關(guān)電源芯片IC1的4腳；開關(guān)電源芯片IC1采用德州儀器公司的高穩(wěn)定，低溫漂電源芯片TPS5430；

-12V輸出電源電路包括開關(guān)電源芯片IC2，線性穩(wěn)壓器芯片IC3，第三極性電容Cp3，第四極性電容Cp4，第五極性電容Cp5，第六極性電容Cp6，第七極性電容Cp7，第八極性電容Cp8，第九極性電容Cp9，第十極性電容Cp10，第十一極性電容Cp11，第六非極性電容C6，第七非極性電容C7，第八非極性電容C8，第四電阻R4,第五電阻R5,第六電阻R6,第七電阻R7,第八電阻R8,第九電阻R9,第十電阻R10,第二電感L2和第三肖特基二極管D3；

開關(guān)電源芯片IC2的2腳、第三極性電容Cp3的正極、第四極性電容Cp4的正極、第五極性電容Cp5的正極和第六極性電容Cp6的正極連接并接+24V輸入，第三極性電容Cp3的負(fù)極接地；開關(guān)電源芯片IC2的1腳接第六非極性電容C6的一端；開關(guān)電源芯片IC2的3腳懸空；開關(guān)電源芯片IC2的4腳接第四電阻R4的一端；第四極性電容Cp4的負(fù)極、第五極性電容Cp5的負(fù)極和第六極性電容Cp6的負(fù)極、第四電阻R4的另一端、開關(guān)電源芯片IC2的7腳和9腳、第七非極性電容C7的一端、第八非極性電容C8的一端、第三肖特基二極管D3的陽極、第七電阻R7的一端、第七極性電容Cp7的負(fù)極、第八極性電容Cp8的負(fù)極、第九極性電容Cp9的負(fù)極接第八電阻R8的一端；

開關(guān)電源芯片IC2的5腳、第七電阻R7的另一端和第六電阻R6的一端相接；開關(guān)電源芯片IC2的6腳、第五電阻R5的一端和第八非極性電容C8的另一端相連接；第五電阻R5的另一端接第七非極性電容C7的另一端；開關(guān)電源芯片IC2的8腳、第六非極性電容C6的另一端、第三肖特基二極管D3的陰極和第二電感L2的一端相連接；第二電感L2的另一端、第六電阻R6的另一端、第七極性電容Cp7的正極、第八極性電容Cp8的正極和第九極性電容Cp9的正極接地；線性穩(wěn)壓器芯片IC3的2腳、第十極性電容Cp10的負(fù)極接到第八電阻R8的另一端；線性穩(wěn)壓器芯片IC3的1腳、第九電阻R9的一端和第十電阻R10的一端相連接；線性穩(wěn)壓器芯片IC3的3腳、第九電阻R9的另一端和第十一極性電容Cp11的負(fù)極接到-12V輸出端；第十極性電容Cp10的正極、第十電阻R10的另一端和第十一極性電容Cp11的正極都接地；開關(guān)電源芯片IC2采用德州儀器公司電源芯片TPS54360，線性穩(wěn)壓器芯片IC3采用德州儀器公司電源芯片LM337；

+6.5V輸出電源電路包括開關(guān)電源芯片IC4、第八非極性電容C8、第九非極性電容C9、第十非極性電容C10、第十一非極性電容C11、第十二非極性電容C12、第十二極性電容Cp12、第十一電阻R11、第十二電阻R12、第十三電阻R13、第四肖特基二極管D4和第三電感L3；

開關(guān)電源芯片IC4的7腳、第八非極性電容C8的一端和第九非極性電容C9的一端接+24的輸入電壓；開關(guān)電源芯片IC4的6腳、9腳、第八非極性電容C8的另一端、第九非極性電容C9的另一端、第十二極性電容Cp12的負(fù)極、第十二電阻R12的一端、第十一非極性電容C11的一端和第十二非極性電容C12的一端都接地；開關(guān)電源芯片IC4的2腳，3腳，5腳都懸空；開關(guān)電源芯片IC4的1腳接第十非極性電容C10的一端；開關(guān)電源芯片IC4的8腳、第十非極性電容C10的另一端、第四肖特基二極管D4的陰極接第三電感L3的一端，第三電感L3的另一端、第十一電阻R11的一端、第十二極性電容Cp12的正極、第十一非極性電容C11的一端、第十二非極性電容C12的一端接第十三電阻R13的一端；第十三電阻R13的另一端作為電壓+6.5V的輸出端；第四肖特基二極管D4的陽極接地；第十一電阻R11的另一端與第十二電阻R12的另一端連接并接開關(guān)電源芯片IC4的4腳；開關(guān)電源芯片IC4采用德州儀器公司的高穩(wěn)定，低溫漂電源芯片TPS5430；

+5V輸出電源電路包括線性穩(wěn)壓器芯片IC5、第十三極性電容Cp13、第十四極性電容Cp14、第十五極性電容Cp15、第十六極性電容Cp16；開關(guān)電源芯片IC5的3腳、第十三極性電容Cp13的正極和第十四極性電容Cp14的正極接到+6.5V的輸出端；開關(guān)電源芯片IC5的2腳、第十五極性電容Cp15的正極和第十六極性電容Cp16的正極接到+V5的輸出端，第十三極性電容Cp13的負(fù)極、第十四極性電容Cp14的負(fù)極、第十五極性電容Cp15的負(fù)極、第十六極性電容Cp16的負(fù)極接地，開關(guān)電源芯片IC5的1腳接地；線性穩(wěn)壓器芯片IC5采用凌特公司的電源芯片LT1085；

+3.3V輸出電源電路包括線性穩(wěn)壓器芯片IC6，第十七極性電容Cp17，第十八極性電容C18，第十三非極性電容C13，第十四非極性電容C14，第十四電阻R14和第十五電阻R15和第一發(fā)光二極管；

線性穩(wěn)壓器芯片IC6的3腳、第十七極性電容Cp17的正極和第十三非極性電容C13的一端接電源電路的+5V電源輸出端；線性穩(wěn)壓器芯片IC6的1腳、第十七極性電容Cp17的負(fù)極和第十三非極性電容C13的另一端都接地；線性穩(wěn)壓器芯片IC6的2腳、4腳、第十八極性電容Cp18的正極、第十四非極性電容C14的一端和第十四電阻R14的一端接到一起并通過第十五電阻R15接到+3.3V基準(zhǔn)電壓輸出端；第十四電阻R14的另一端接到第一發(fā)光二極管LED1的陽極；第十八極性電容Cp18的負(fù)極、第十四極性電容C14的另一端和第一發(fā)光二極管LED1的陰極都接地；線性穩(wěn)壓器芯片IC6采用德州儀器公司的電源芯片AMS117-3.3；

+4.5V基準(zhǔn)電壓電路包括第一基準(zhǔn)電壓芯片IC7，第一運(yùn)算放大器芯片IC8，第十五非極性電容C15，第十六非極性電容C16，第十七非極性電容C17，第十八非極性電容C18，第十九非極性電容C19，第十六電阻R4；

第一基準(zhǔn)電壓芯片IC7的2腳和第十五非極性電容C15的一端接電源電路的+5V電源輸出端，第一基準(zhǔn)電壓芯片IC7的4腳和第十五非極性電容C15的另一端接地，第一基準(zhǔn)電壓芯片IC7的5腳通過第十六非極性電容C16接地，第一基準(zhǔn)電壓芯片IC7的6腳與第十六電阻R16的一端、第十七非極性電容C17的一端連接，第十七非極性電容C17的另一端接地；第十六電阻R16的另一端、第十八非極性電容C18的一端接第一運(yùn)算放大器芯片IC8的3腳，第一運(yùn)算放大器芯片IC8的2腳接地；第一運(yùn)算放大器芯片IC8的5腳與第十九非極性電容C19的一端連接后接電源電路的+5V電源輸出端，第十九非極性電容C19的另一端接地；第一運(yùn)算放大器芯片IC8的1腳和4腳連接，作為+4.5V基準(zhǔn)電壓輸出端，第一基準(zhǔn)電壓芯片IC7的1腳、3腳、7腳、8腳架空；第一基準(zhǔn)電壓芯片IC7采用德州儀器的基準(zhǔn)電壓芯片REF5045，第一運(yùn)算放大器芯片IC8采用德州儀器的精密運(yùn)放芯片OPA376；

+2.5V基準(zhǔn)電壓電路包括第二基準(zhǔn)電壓芯片IC9，第二運(yùn)算放大器芯片IC10，第二十非極性電容C20，第二十一非極性電容C21，第二十二非極性電容C22,第二十三非極性電容C23，第二十四非極性電容C24和第十七電阻R17；

第二基準(zhǔn)電壓芯片IC9的2腳和第二十非極性電容C20的一端接電源電路的+5V電源輸出端，第二基準(zhǔn)電壓芯片IC9的4腳和第二十非極性電容C20的另一端接地，第二基準(zhǔn)電壓芯片IC9的5腳通過第二十一非極性電容C21接地，第二基準(zhǔn)電壓芯片IC9的6腳和第十七電阻R17的一端、第二十二非極性電容C22的一端連接，第二十二非極性電容C22的另一端接地；第十七電阻R17的另一端、第二十三非極性電容C23的一端接第二運(yùn)算放大器芯片IC6的3腳，第二運(yùn)算放大器芯片I0的2腳接地；第二運(yùn)算放大器芯片IC10的5腳與第二十四非極性電容C24的一端連接后接電源電路的+5V電源輸出端，第二十四非極性電容C24的另一端接地；第二運(yùn)算放大器芯片IC10的1腳和4腳連接，作為+4.5V基準(zhǔn)電壓輸出端，第一基準(zhǔn)電壓芯片IC9的1腳、3腳、7腳、8腳架空；第二基準(zhǔn)電壓芯片IC9采用德州儀器的基準(zhǔn)電壓芯片REF5025，第二運(yùn)算放大器芯片IC10采用德州儀器的精密運(yùn)放芯片OPA376；

信號(hào)調(diào)理電路包括第三運(yùn)算放大器芯片IC11、第二十五非極性電容C25、第二十六非極性電容C26、第二十七非極性電容C27、第十八電阻R18、第十九電阻R9、第二十電阻R20、第二十一電阻R21、第二十二電阻R22；

第十八電阻R18的一端、第十九電阻R19的一端接第三運(yùn)算放大器芯片IC11的3腳；第十九電阻R19的另一端作為傳感器的電壓輸出端；第十八電阻R18的另一端接電壓輸出電路的+4.5V基準(zhǔn)電壓輸出端；第二十電阻R20的一端接第三運(yùn)算放大器芯片IC11的3腳，另一端接地；第三運(yùn)算放大器芯片IC11的8腳與第二十五非極性電容C25的一端連接并接接輸出電源電路的+5V電源輸出端；第二十五非極性電容C25的另一端和第三運(yùn)算放大器芯片IC11的4腳接地；第二十一電阻R21的一端接第三運(yùn)算放大器芯片IC11的1腳、2腳；第二十一電阻R21的另一端和第二十二電阻R22的一端、第二十六非極性電容C26的一端相連接作為低通濾波電路的輸入端；第二十二電阻R22的另一端、第二十七非極性電容C27的一端和第三運(yùn)算放大器芯片IC11的5腳連接，第二十七非極性電容C27的另一端接地；第二十六非極性電容C26的另一端接第三運(yùn)算放大器芯片IC11的6腳和7腳并作為輸出端；第三運(yùn)算放大器芯片IC11采用德州儀器公司的高精密運(yùn)放芯片OPA2367和OPA376；

數(shù)模轉(zhuǎn)換電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12、第十九極性電容Cp19、第二十極性電容Cp20、第二十一極性電容Cp21、第二十八非極性電容C28、第二十九非極性電容C29、第三十非極性電容C30、第三十一非極性電容C31、第三十二非極性電容C32、第三十三非極性電容C33、第二十三電阻R23、第二十四電阻R24、第二十五電阻R25、第二十六電阻R26、第二十七電阻R27、第二十八電阻R28、第二十九電阻R29、第三十電阻R30和第一晶振Y1；

第二十三電阻R23的一端、第十九極性電容Cp19的正極、第二十八非極性電容C28的一端、第二十九非極性電容C29的一端接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12的4腳，第二十三電阻R23的另一端接電源電路的+2.5V參考電壓輸出端，第二十四電阻R24的一端、第十九極性Cp19的負(fù)極、第二十八非極性電容C28的另一端、第二十九非極性電容C29的另一端接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12的3腳，第二十四電阻R24的另一端接地；模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12的1腳、第二十極性電容Cp20的正極和第三十非極性電容C30的一端接電源電路的+5V電源輸出端，第二十極性電容Cp20的負(fù)極和第三十非極性電容C30的另一端接地；模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC13的7腳、8腳、9腳、10腳、11腳、12腳與信號(hào)調(diào)理電路的輸出端連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12的5腳通過第二十五電阻R25與電源電路的+2.5V參考電壓輸出端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12的2腳接地；模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12的14腳、15腳、16腳、第三十三非極性電容C33的一端、第二十一極性電容Cp21的正極接電源電路的+3.3V電源輸出端，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC13的17腳、第三十三非極性電容C33的另一端、第二十一極性電容Cp21的負(fù)極接地；第一晶振Y1的一端和第三十一非極性電容C31的一端接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12的19腳，第一晶振Y1的另一端和第三十二非極性電容C32的一端接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12的18腳，第三十一非極性電容C31的另一端和第三十二非極性電容C32的另一端接地；第二十六電阻R26的一端接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12的24腳，第二十七電阻R27的一端接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12的23腳，第二十八電阻R28的一端接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12的22腳，第二十九電阻R29的一端接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12的21腳，第三十電阻R30的一端接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC13的20腳，第三十電阻R30的另一端接地，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC13的6腳、13腳、25腳、26腳、27腳、28腳架空；模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC13采用德州儀器公司的24位高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS1256；

數(shù)據(jù)傳輸電路包括多通道RS232線路驅(qū)動(dòng)器/接收器IC13，第三十四非極性電容C34、第三十五非極性電容C35、第三十六非極性電容C36、第三十七非極性電容C37、第三十八非極性電容C38；

多通道RS232線路驅(qū)動(dòng)器/接收器IC13的1腳與第三十四非極性電容C34的一端連接，3腳與第三十四非極性電容C34的另一端連接，4腳與第三十五非極性電容C35的一端連接、5腳與第三十五非極性電容C35的另一端連接,15腳直接接地，6腳通過第三十六非極性電容C36接地，2腳通過第三十七非極性電容C37接地，16腳與第三十八非極性電容C38的一端連接并接+3.3V輸出電源電路的輸出端，第三十八非極性電容C38的另一端接地，多通道RS232線路驅(qū)動(dòng)器/接收器IC13的11腳、12腳、13腳、14腳架空，多通道RS232線路驅(qū)動(dòng)器/接收器IC13的7腳與串口線的PC_RXD1端連接，多通道RS232線路驅(qū)動(dòng)器/接收器IC13的8腳與串口線的PC_TX1端相連接，多通道RS-232線路驅(qū)動(dòng)器/接收器IC13采用德州儀器的MAX3232芯片；

主控電路包括主控芯片IC14、第三十九非極性電容C39、第四十非極性電容C40、第四十一非極性電容C41、第四十二非極性電容C42、第四十三非極性電容C43、第三十一電阻R31、第三十二電阻R32、第三十三電阻R33、第三十四電阻R34、第二晶振Y2、第三晶振Y3、紐扣電池BT1、第二開關(guān)K2和發(fā)光二極管LED2；

第三十九非極性電容C39的一端和第二晶振Y2的一端接主控芯片IC14的5腳，第四十非極性電容C40的一端和第二晶振Y2的另一端接主控芯片IC14的6腳，第三十九非極性電容C39的另一端和第四十非極性電容C40的另一端接地，第三十二電阻R32的一端接主控芯片IC6的60腳，另一端接地；第三十一電阻R31的一端、第四十一非極性電容C41的一端、第二開關(guān)K2的一端接主控芯片IC14的7腳，第三十一電阻R31的另一端接電源電路的+3.3V電源輸出端，第四十一非極性電容C41的另一端和第二開關(guān)K2的另一端相連后接地；主控芯片IC14的1腳接紐扣電池BT1的正極，紐扣電池BT1的負(fù)極接地，主控芯片IC14的32腳、48腳、64腳、19腳、13腳都接電源電路的+3.3V電源輸出端，主控芯片IC14的31腳、47腳、63腳、18腳、12腳都接地；主控芯片IC14的30腳通過第三十三電阻R33接發(fā)光二極管LED2的正極，發(fā)光二極管LED2的負(fù)極接地；第四十二非極性電容C42的一端、第三十四電阻R34的一端、第三晶振Y3的一端接主控芯片IC15的3腳，第四十三非極性電容C43的一端、第三十四電阻R34的另一端、第三晶振Y3的另一端接主控芯片IC14的4腳，第四十二非極性電容C42的另一端和第四十三非極性電容C43的另一端連接后接地；主控芯片IC14的34腳接數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中第二十六電阻R26的另一端，35腳接數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中第二十八電阻R28的另一端，36腳接數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中第二十七電阻R27的另一端，38腳接數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中第二十九電阻R29的另一端；主控芯片IC14的20腳、21引腳、22引腳、23引腳分別為片上外設(shè)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的15腳與多通道RS232線路驅(qū)動(dòng)器/接收器IC13的10腳連接，主控芯片IC14的16腳與多通道RS232線路驅(qū)動(dòng)器/接收器IC13的9腳連接；主控芯片IC14采用意法半導(dǎo)體公司的STM32F103RCT6芯片。

本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了一種磁性物質(zhì)梯度的測(cè)量電路。利用了傳感器的高分辨率，低功耗等特點(diǎn)。在電源分支中，前級(jí)電源采用DC/DC來增加電源的工作效率，后級(jí)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(shí)，工作電流約為170mA，實(shí)現(xiàn)了低功耗。在傳感器信號(hào)調(diào)理電路中，選擇了極低噪聲的運(yùn)放芯片與高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片來提高測(cè)量電路的有效分辨率。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)整體框圖；

圖2為電源電路的整體結(jié)構(gòu)圖；

圖3為圖2中的+12V輸出電源電路的電路圖；

圖4為圖2中的-12V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輸出電源電路的電路圖；

圖7為圖2中的+3.3V輸出電源電路的電路圖；

圖8為圖2中的+4.5V輸出基準(zhǔn)電壓的電路圖；

圖9為圖2中的+2.5V基準(zhǔn)電壓電源電路的電路圖；

圖10為信號(hào)調(diào)理電路的電路圖；

圖11為數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的電路圖；

圖12為數(shù)據(jù)傳輸電路的電路圖；

圖13為主控電路的電路圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種磁性物質(zhì)的測(cè)量電路，包括電源電路Ⅰ、傳感器信號(hào)采集電路Ⅱ、數(shù)據(jù)傳輸電路Ⅲ、主控電路Ⅳ，其中傳感器信號(hào)采集電路包括信號(hào)調(diào)理電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。

如圖2所示，圖1中的電源電路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、+3.3V輸出電源電路4、+5V輸出電源電路5、+4.5V輸出電源電路6、+2.5V基準(zhǔn)電壓電源電路7。電源電路負(fù)責(zé)提供正負(fù)13V電源給傳感器M供電，并通過中間得到的+6.5V緩沖電壓電路與線性電源電路得到紋波較小的5V和3.3V。其中5V給高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器供電，后續(xù)產(chǎn)生的4.5V為信號(hào)調(diào)理電路提供高精度，低溫漂的偏置電壓。+2.5V基準(zhǔn)電壓電源電路為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓。

如圖3所示，+12V輸出電源電路包括開關(guān)電源芯片IC1、第一非極性電容C1、第二非極性電容C2、第三非極性電容C3、第四非極性電容C4、第五非極性電容C5、第一極性電容Cp1、第二極性電容Cp2、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第一肖特基二極管D1、第一電感L1、第一貼片開關(guān)K1和第一接插件P1。

開關(guān)電源芯片IC1的7腳、第一非極性電容C1的一端、第二非極性電容C2的一端、第一極性電容Cp1的正極和第一肖特基二極管D1的陰極接+24的輸入電壓。第一肖特基二極管D1的陽極和第一貼片開關(guān)K1的一端相連接，第一貼片開關(guān)K1的另一端與第一接插件P1的1腳連接，第一接插件P1的2腳與第一極性電容Cp1的負(fù)極連接并接地。開關(guān)電源芯片IC1的6腳、9腳、第一非極性電容C1的另一端、第二非極性電容C2的另一端、第二電阻R2的一端、第二極性電容Cp2的負(fù)極、第四非極性電容C4的一端和第五非極性電容C5的一端都接地；開關(guān)電源芯片IC1的2腳，3腳，5腳都懸空。開關(guān)電源芯片IC1的1腳接第三非極性電容C3的一端。開關(guān)電源芯片IC1的8腳、第三非極性電容C3的另一端、第二肖特基二極管D2的陰極接第一電感L1的一端，第一電感L1的另一端、第一電阻R1的一端、第二極性電容Cp2的正極、第四非極性電容C4的另一端、第五非極性電容C5的另一端接第三電阻R3的一端。第三電阻R3的另一端作為電壓+12V的輸出端。第二肖特基二極管D2的陽極接地。第一電阻R1的另一端、第二電阻R2的另一端連接并接開關(guān)電源芯片IC1的4腳。開關(guān)電源芯片IC1采用德州儀器公司的高穩(wěn)定，低溫漂電源芯片TPS5430。

如圖4所示，-12V輸出電源電路包括開關(guān)電源芯片IC2，線性穩(wěn)壓器芯片IC3，第三極性電容Cp3，第四極性電容Cp4，第五極性電容Cp5，第六極性電容Cp6，第七極性電容Cp7，第八極性電容Cp8，第九極性電容Cp9，第十極性電容Cp10，第十一極性電容Cp11，第六非極性電容C6，第七非極性電容C7，第八非極性電容C8，第四電阻R4,第五電阻R5,第六電阻R6,第七電阻R7,第八電阻R8,第九電阻R9,第十電阻R10,第二電感L2和第三肖特基二極管D3。

開關(guān)電源芯片IC2的2腳、第三極性電容Cp3的正極、第四極性電容Cp4的正極、第五極性電容Cp5的正極和第六極性電容Cp6的正極連接并接+24V輸入，第三極性電容Cp3的負(fù)極接地。開關(guān)電源芯片IC2的1腳接第六非極性電容C6的一端。開關(guān)電源芯片IC2的3腳懸空。開關(guān)電源芯片IC2的4腳接第四電阻R4的一端。第四極性電容Cp4的負(fù)極、第五極性電容Cp5的負(fù)極和第六極性電容Cp6的負(fù)極、第四電阻R4的另一端、開關(guān)電源芯片IC2的7腳和9腳、第七非極性電容C7的一端、第八非極性電容C8的一端、第三肖特基二極管D3的陽極、第七電阻R7的一端、第七極性電容Cp7的負(fù)極、第八極性電容Cp8的負(fù)極、第九極性電容Cp9的負(fù)極接第八電阻R8的一端。

開關(guān)電源芯片IC2的5腳、第七電阻R7的另一端和第六電阻R6的一端相接。開關(guān)電源芯片IC2的6腳、第五電阻R5的一端和第八非極性電容C8的另一端相連接。第五電阻R5的另一端接第七非極性電容C7的另一端。開關(guān)電源芯片IC2的8腳、第六非極性電容C6的另一端、第三肖特基二極管D3的陰極和第二電感L2的一端相連接。第二電感L2的另一端、第六電阻R6的另一端、第七極性電容Cp7的正極、第八極性電容Cp8的正極和第九極性電容Cp9的正極接地。線性穩(wěn)壓器芯片IC3的2腳、第十極性電容Cp10的負(fù)極接到第八電阻R8的另一端。線性穩(wěn)壓器芯片IC3的1腳、第九電阻R9的一端和第十電阻R10的一端相連接。線性穩(wěn)壓器芯片IC3的3腳、第九電阻R9的另一端和第十一極性電容Cp11的負(fù)極接到-12V輸出端。第十極性電容Cp10的正極、第十電阻R10的另一端和第十一極性電容Cp11的正極都接地。開關(guān)電源芯片IC2采用德州儀器公司電源芯片TPS54360，線性穩(wěn)壓器芯片IC3采用德州儀器公司電源芯片LM337。

如圖5所示，+6.5V輸出電源電路包括開關(guān)電源芯片IC4、第八非極性電容C8、第九非極性電容C9、第十非極性電容C10、第十一非極性電容C11、第十二非極性電容C12、第十二極性電容Cp12、第十一電阻R11、第十二電阻R12、第十三電阻R13、第四肖特基二極管D4和第三電感L3。

開關(guān)電源芯片IC4的7腳、第八非極性電容C8的一端和第九非極性電容C9的一端接+24的輸入電壓。開關(guān)電源芯片IC4的6腳、9腳、第八非極性電容C8的另一端、第九非極性電容C9的另一端、第十二極性電容Cp12的負(fù)極、第十二電阻R12的一端、第十一非極性電容C11的一端和第十二非極性電容C12的一端都接地；開關(guān)電源芯片IC4的2腳，3腳，5腳都懸空。開關(guān)電源芯片IC4的1腳接第十非極性電容C10的一端。開關(guān)電源芯片IC4的8腳、第十非極性電容C10的另一端、第四肖特基二極管D4的陰極接第三電感L3的一端，第三電感L3的另一端、第十一電阻R11的一端、第十二極性電容Cp12的正極、第十一非極性電容C11的一端、第十二非極性電容C12的一端接第十三電阻R13的一端。第十三電阻R13的另一端作為電壓+6.5V的輸出端。第四肖特基二極管D4的陽極接地。第十一電阻R11的另一端與第十二電阻R12的另一端連接并接開關(guān)電源芯片IC4的4腳。開關(guān)電源芯片IC4采用德州儀器公司的高穩(wěn)定，低溫漂電源芯片TPS5430。

如圖6所示，+5V輸出電源電路包括線性穩(wěn)壓器芯片IC5、第十三極性電容Cp13、第十四極性電容Cp14、第十五極性電容Cp15、第十六極性電容Cp16。開關(guān)電源芯片IC5的3腳、第十三極性電容Cp13的正極和第十四極性電容Cp14的正極接到+6.5V的輸出端。開關(guān)電源芯片IC5的2腳、第十五極性電容Cp15的正極和第十六極性電容Cp16的正極接到+V5的輸出端，第十三極性電容Cp13的負(fù)極、第十四極性電容Cp14的負(fù)極、第十五極性電容Cp15的負(fù)極、第十六極性電容Cp16的負(fù)極接地，開關(guān)電源芯片IC5的1腳接地。線性穩(wěn)壓器芯片IC5采用凌特公司的電源芯片LT1085。

如圖7所示，+3.3V輸出電源電路包括線性穩(wěn)壓器芯片IC6，第十七極性電容Cp17，第十八極性電容C18，第十三非極性電容C13，第十四非極性電容C14，第十四電阻R14和第十五電阻R15和第一發(fā)光二極管。

線性穩(wěn)壓器芯片IC6的3腳、第十七極性電容Cp17的正極和第十三非極性電容C13的一端接電源電路的+5V電源輸出端。線性穩(wěn)壓器芯片IC6的1腳、第十七極性電容Cp17的負(fù)極和第十三非極性電容C13的另一端都接地。線性穩(wěn)壓器芯片IC6的2腳、4腳、第十八極性電容Cp18的正極、第十四非極性電容C14的一端和第十四電阻R14的一端接到一起并通過第十五電阻R15接到+3.3V基準(zhǔn)電壓輸出端。第十四電阻R14的另一端接到第一發(fā)光二極管LED1的陽極。第十八極性電容Cp18的負(fù)極、第十四極性電容C14的另一端和第一發(fā)光二極管LED1的陰極都接地。線性穩(wěn)壓器芯片IC6采用德州儀器公司的電源芯片AMS117-3.3。

如圖8所示，+4.5V基準(zhǔn)電壓電路包括第一基準(zhǔn)電壓芯片IC7，第一運(yùn)算放大器芯片IC8，第十五非極性電容C15，第十六非極性電容C16，第十七非極性電容C17，第十八非極性電容C18，第十九非極性電容C19，第十六電阻R4。

第一基準(zhǔn)電壓芯片IC7的2腳和第十五非極性電容C15的一端接電源電路的+5V電源輸出端，第一基準(zhǔn)電壓芯片IC7的4腳和第十五非極性電容C15的另一端接地，第一基準(zhǔn)電壓芯片IC7的5腳通過第十六非極性電容C16接地，第一基準(zhǔn)電壓芯片IC7的6腳與第十六電阻R16的一端、第十七非極性電容C17的一端連接，第十七非極性電容C17的另一端接地；第十六電阻R16的另一端、第十八非極性電容C18的一端接第一運(yùn)算放大器芯片IC8的3腳，第一運(yùn)算放大器芯片IC8的2腳接地；第一運(yùn)算放大器芯片IC8的5腳與第十九非極性電容C19的一端連接后接電源電路的+5V電源輸出端，第十九非極性電容C19的另一端接地；第一運(yùn)算放大器芯片IC8的1腳和4腳連接，作為+4.5V基準(zhǔn)電壓輸出端，第一基準(zhǔn)電壓芯片IC7的1腳、3腳、7腳、8腳架空。第一基準(zhǔn)電壓芯片IC7采用德州儀器的基準(zhǔn)電壓芯片REF5045，第一運(yùn)算放大器芯片IC8采用德州儀器的精密運(yùn)放芯片OPA376。

如圖9所示，+2.5V基準(zhǔn)電壓電路包括第二基準(zhǔn)電壓芯片IC9，第二運(yùn)算放大器芯片IC10，第二十非極性電容C20，第二十一非極性電容C21，第二十二非極性電容C22,第二十三非極性電容C23，第二十四非極性電容C24和第十七電阻R17。

第二基準(zhǔn)電壓芯片IC9的2腳和第二十非極性電容C20的一端接電源電路的+5V電源輸出端，第二基準(zhǔn)電壓芯片IC9的4腳和第二十非極性電容C20的另一端接地，第二基準(zhǔn)電壓芯片IC9的5腳通過第二十一非極性電容C21接地，第二基準(zhǔn)電壓芯片IC9的6腳和第十七電阻R17的一端、第二十二非極性電容C22的一端連接，第二十二非極性電容C22的另一端接地；第十七電阻R17的另一端、第二十三非極性電容C23的一端接第二運(yùn)算放大器芯片IC6的3腳，第二運(yùn)算放大器芯片I0的2腳接地；第二運(yùn)算放大器芯片IC10的5腳與第二十四非極性電容C24的一端連接后接電源電路的+5V電源輸出端，第二十四非極性電容C24的另一端接地；第二運(yùn)算放大器芯片IC10的1腳和4腳連接，作為+4.5V基準(zhǔn)電壓輸出端，第一基準(zhǔn)電壓芯片IC9的1腳、3腳、7腳、8腳架空。第二基準(zhǔn)電壓芯片IC9采用德州儀器的基準(zhǔn)電壓芯片REF5025，第二運(yùn)算放大器芯片IC10采用德州儀器的精密運(yùn)放芯片OPA376。

如圖10所示，信號(hào)調(diào)理電路包括第三運(yùn)算放大器芯片IC11、第二十五非極性電容C25、第二十六非極性電容C26、第二十七非極性電容C27、第十八電阻R18、第十九電阻R9、第二十電阻R20、第二十一電阻R21、第二十二電阻R22。

第十八電阻R18的一端、第十九電阻R19的一端接第三運(yùn)算放大器芯片IC11的3腳。第十九電阻R19的另一端作為傳感器的電壓輸出端。第十八電阻R18的另一端接電壓輸出電路的+4.5V基準(zhǔn)電壓輸出端。第二十電阻R20的一端接第三運(yùn)算放大器芯片IC11的3腳，另一端接地。第三運(yùn)算放大器芯片IC11的8腳與第二十五非極性電容C25的一端連接并接接輸出電源電路的+5V電源輸出端。第二十五非極性電容C25的另一端和第三運(yùn)算放大器芯片IC11的4腳接地。第二十一電阻R21的一端接第三運(yùn)算放大器芯片IC11的1腳、2腳。第二十一電阻R21的另一端和第二十二電阻R22的一端、第二十六非極性電容C26的一端相連接作為低通濾波電路的輸入端。第二十二電阻R22的另一端、第二十七非極性電容C27的一端和第三運(yùn)算放大器芯片IC11的5腳連接，第二十七非極性電容C27的另一端接地。第二十六非極性電容C26的另一端接第三運(yùn)算放大器芯片IC11的6腳和7腳并作為輸出端。第三運(yùn)算放大器芯片IC11采用德州儀器公司的高精密運(yùn)放芯片OPA2367和OPA376。

傳感器輸出為模擬電壓，輸出電壓范圍為-5V至5V。本電路選用的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片可測(cè)量的模擬值范圍為0至5V。因此需要通過線性電路將[-5V,5V]轉(zhuǎn)換成模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片可測(cè)量范圍的[0,5V]之內(nèi)。設(shè)輸出電壓信號(hào)為Vin,模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入信號(hào)為Vo,設(shè)偏置電壓為5V，那么設(shè)計(jì)輸入輸出之間的關(guān)系為：Vo＝0.4*Vin+2。

如圖11所示，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12、第十九極性電容Cp19、第二十極性電容Cp20、第二十一極性電容Cp21、第二十八非極性電容C28、第二十九非極性電容C29、第三十非極性電容C30、第三十一非極性電容C31、第三十二非極性電容C32、第三十三非極性電容C33、第二十三電阻R23、第二十四電阻R24、第二十五電阻R25、第二十六電阻R26、第二十七電阻R27、第二十八電阻R28、第二十九電阻R29、第三十電阻R30和第一晶振Y1。

第二十三電阻R23的一端、第十九極性電容Cp19的正極、第二十八非極性電容C28的一端、第二十九非極性電容C29的一端接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12的4腳，第二十三電阻R23的另一端接電源電路的+2.5V參考電壓輸出端，第二十四電阻R24的一端、第十九極性Cp19的負(fù)極、第二十八非極性電容C28的另一端、第二十九非極性電容C29的另一端接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12的3腳，第二十四電阻R24的另一端接地；模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12的1腳、第二十極性電容Cp20的正極和第三十非極性電容C30的一端接電源電路的+5V電源輸出端，第二十極性電容Cp20的負(fù)極和第三十非極性電容C30的另一端接地；模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC13的7腳、8腳、9腳、10腳、11腳、12腳與信號(hào)調(diào)理電路的輸出端連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12的5腳通過第二十五電阻R25與電源電路的+2.5V參考電壓輸出端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12的2腳接地；模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12的14腳、15腳、16腳、第三十三非極性電容C33的一端、第二十一極性電容Cp21的正極接電源電路的+3.3V電源輸出端，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC13的17腳、第三十三非極性電容C33的另一端、第二十一極性電容Cp21的負(fù)極接地；第一晶振Y1的一端和第三十一非極性電容C31的一端接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12的19腳，第一晶振Y1的另一端和第三十二非極性電容C32的一端接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12的18腳，第三十一非極性電容C31的另一端和第三十二非極性電容C32的另一端接地；第二十六電阻R26的一端接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12的24腳，第二十七電阻R27的一端接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12的23腳，第二十八電阻R28的一端接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12的22腳，第二十九電阻R29的一端接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC12的21腳，第三十電阻R30的一端接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC13的20腳，第三十電阻R30的另一端接地，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC13的6腳、13腳、25腳、26腳、27腳、28腳架空；模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片IC13采用德州儀器公司的24位高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS1256。

如圖12所示，數(shù)據(jù)傳輸電路包括多通道RS232線路驅(qū)動(dòng)器/接收器IC13，第三十四非極性電容C34、第三十五非極性電容C35、第三十六非極性電容C36、第三十七非極性電容C37、第三十八非極性電容C38。

多通道RS232線路驅(qū)動(dòng)器/接收器IC13的1腳與第三十四非極性電容C34的一端連接，3腳與第三十四非極性電容C34的另一端連接，4腳與第三十五非極性電容C35的一端連接、5腳與第三十五非極性電容C35的另一端連接,15腳直接接地，6腳通過第三十六非極性電容C36接地，2腳通過第三十七非極性電容C37接地，16腳與第三十八非極性電容C38的一端連接并接+3.3V輸出電源電路的輸出端，第三十八非極性電容C38的另一端接地，多通道RS232線路驅(qū)動(dòng)器/接收器IC13的11腳、12腳、13腳、14腳架空，多通道RS232線路驅(qū)動(dòng)器/接收器IC13的7腳與串口線的PC_RXD1端連接，多通道RS232線路驅(qū)動(dòng)器/接收器IC13的8腳與串口線的PC_TX1端相連接，多通道RS-232線路驅(qū)動(dòng)器/接收器IC13采用德州儀器的MAX3232芯片。

如圖13所示，主控電路包括主控芯片IC14、第三十九非極性電容C39、第四十非極性電容C40、第四十一非極性電容C41、第四十二非極性電容C42、第四十三非極性電容C43、第三十一電阻R31、第三十二電阻R32、第三十三電阻R33、第三十四電阻R34、第二晶振Y2、第三晶振Y3、紐扣電池BT1、第二開關(guān)K2和發(fā)光二極管LED2。

第三十九非極性電容C39的一端和第二晶振Y2的一端接主控芯片IC14的5腳，第四十非極性電容C40的一端和第二晶振Y2的另一端接主控芯片IC14的6腳，第三十九非極性電容C39的另一端和第四十非極性電容C40的另一端接地，第三十二電阻R32的一端接主控芯片IC6的60腳，另一端接地；第三十一電阻R31的一端、第四十一非極性電容C41的一端、第二開關(guān)K2的一端接主控芯片IC14的7腳，第三十一電阻R31的另一端接電源電路的+3.3V電源輸出端，第四十一非極性電容C41的另一端和第二開關(guān)K2的另一端相連后接地；主控芯片IC14的1腳接紐扣電池BT1的正極，紐扣電池BT1的負(fù)極接地，主控芯片IC14的32腳、48腳、64腳、19腳、13腳都接電源電路的+3.3V電源輸出端，主控芯片IC14的31腳、47腳、63腳、18腳、12腳都接地；主控芯片IC14的30腳通過第三十三電阻R33接發(fā)光二極管LED2的正極，發(fā)光二極管LED2的負(fù)極接地；第四十二非極性電容C42的一端、第三十四電阻R34的一端、第三晶振Y3的一端接主控芯片IC15的3腳，第四十三非極性電容C43的一端、第三十四電阻R34的另一端、第三晶振Y3的另一端接主控芯片IC14的4腳，第四十二非極性電容C42的另一端和第四十三非極性電容C43的另一端連接后接地；主控芯片IC14的34腳接數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中第二十六電阻R26的另一端，35腳接數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中第二十八電阻R28的另一端，36腳接數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中第二十七電阻R27的另一端，38腳接數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中第二十九電阻R29的另一端；主控芯片IC14的20腳、21引腳、22引腳、23引腳分別為片上外設(shè)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的15腳與多通道RS232線路驅(qū)動(dòng)器/接收器IC13的10腳連接，主控芯片IC14的16腳與多通道RS232線路驅(qū)動(dòng)器/接收器IC13的9腳連接；主控芯片IC14采用意法半導(dǎo)體公司的STM32F103RCT6芯片。

由于傳感器將測(cè)得的信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)輸出，電壓范圍在[-5V,5V]之間，而市面上的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片輸入電壓范圍為[0,5V]，因此設(shè)計(jì)了信號(hào)調(diào)理電路實(shí)現(xiàn)將傳感器輸出電壓值轉(zhuǎn)換成芯片可接受的電壓值并進(jìn)行信號(hào)濾波。主控單元通過SPI總線與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片通信。主控單元將數(shù)字量換算成模擬量，計(jì)算出這些模擬量下對(duì)應(yīng)的三分量磁力梯度值。一方面，主控單元將實(shí)時(shí)磁力梯度值存儲(chǔ)在TF卡中。另一方面，主控單元主動(dòng)將實(shí)時(shí)梯度值通過串口發(fā)送至客戶端顯示。

本實(shí)用新型所涉及的電路可裝入高壓密封艙中，密封艙可搭載在無磁的水下運(yùn)動(dòng)載體，可以搭載在無人機(jī)上，還可以投放到海底的觀測(cè)網(wǎng)中。電路可測(cè)量近磁場(chǎng)的三分量磁力梯度值，為磁性目標(biāo)的判定、勘探礦藏、磁異常成圖提供可能。