本發(fā)明屬于地磁檢測，具體涉及一種低功耗地磁日變磁力儀。

背景技術：

1、地磁監(jiān)測在自然災害預防、科學研究、資源勘探、導航與定位等多個領域具有重要意義，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（拉莫爾進動（larmor?precession））描述了：在外部磁場中，具有磁矩的粒子（例如電子、質(zhì)子或原子核）會以一定的頻率圍繞磁場方向旋轉。質(zhì)子型地磁儀，也被稱為質(zhì)子磁力計（proton?precession?magnetometer），通過測量氫原子核（質(zhì)子）在外部磁場中的拉莫爾進動頻率來確定磁場的強度。

3、目前，國內(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行回收。地磁日變站所使用的磁力儀內(nèi)置可充電電池，設備電池可持續(xù)維持工作兩到三個月。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、儀器的一次使用時長可以由兩個部分因素決定，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，但是會犧牲日變站的體積。因此本發(fā)明設計了一種低功耗地磁日變磁力儀，延長地磁監(jiān)測儀的使用時長的同時還是可以提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效性。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決背景技術中存在的問題，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功能，還集成了電源管理功能，可用于提高設備使用時長，有利于數(shù)據(jù)的完整性。

2、本發(fā)明包括主體，主體內(nèi)設置有數(shù)據(jù)儲存通訊模塊、電源管理模塊、磁數(shù)據(jù)采集模塊和磁測探頭模塊。數(shù)據(jù)儲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連接，通過通訊協(xié)議與上位機通訊，并存儲磁數(shù)據(jù)采集模塊獲取的磁場值；數(shù)據(jù)儲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控制各個模塊的開關。磁測探頭模塊通過利用拉莫爾效應和線圈感應獲取拉莫爾信號。磁數(shù)據(jù)采集模塊通過測量獲取的拉莫爾信號的頻率獲取相應的磁場值。

3、數(shù)據(jù)儲存通訊模塊包括232通信電路、tf卡電路、短接帽檢測電路和紐扣電池，將磁數(shù)據(jù)采集模塊獲取的磁場值保存在tf卡中，通過232通信電路向外輸出至上位機，同時上位機通過232通信電路輸入指令配置系統(tǒng)參數(shù)。短接帽檢測電路內(nèi)設置有mos管，通過mos管檢測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時鐘和stm32l051c8t6芯片工作。

4、電源管理模塊包括stm32l051c8t6芯片、片外rtc時鐘電路、電源轉換電路和電池。通過l051芯片控制不同模塊電源開關，從而控制各個模塊的工作順序，確保在不同的工作模式下各個模塊合理地工作；通過電源轉換電路和電池轉換不同電壓的電源，為其余模塊提供適配的電源；在每個電壓產(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管控制目標電壓是否產(chǎn)生，對電源開啟和關閉控制；l051芯片根據(jù)當前的狀態(tài)選擇開啟部分電源或者關閉電源，從而達到關閉或開啟磁數(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、直流計極化電路、配諧電路和信號檢測電路。

6、交流極化電路輸出交流高頻信號，交流極化電路輸出端接磁測探頭模塊信號輸入端；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序。

7、直流計極化電路輸出一個直流電壓信號，為磁測探頭模塊提供直流脈沖信號；直流計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管控制直流計極化電路的工作與否以及工作時序。

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。配諧電路通過選擇合適的電容陣列，對接收到的拉莫信號進行濾波和窄帶放大處理。

9、信號檢測電路則是對配諧電路處理后的信號進行程控放大和濾波處理，得到放大信號再分為兩路，一路為ad采集電壓值獲得信號的強度，一路通過轉方波電路輸入至stm32f407zgt6主控芯片的高級定時器引腳用于獲取信號的頻率。

10、磁測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。樣品室設置在纏繞有直流激勵和信號接收線圈的框架中，框架用絕緣材料制成；直流激勵和信號接收線圈外側設置有金屬料制成的屏蔽層，用于屏蔽外界電磁干擾對諧振腔和接收線圈的影響。外殼的端蓋上設置有第一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；第二sma口與接收線圈相連，用于輸入磁數(shù)據(jù)采集模塊直流計極化電路生成的直流脈沖信號，以及向磁數(shù)據(jù)采集模塊的配諧電路輸出拉莫爾信號。

11、進一步的，所述的stm32l051c8t6芯片用于管理電源的開關以及工作模式的切換，通過數(shù)據(jù)儲存通訊模塊獲取從上位機發(fā)送的指令，切換芯片的工作模式。根據(jù)設定的時間周期以及端蓋狀態(tài)進行工作模式的自動切換，通過控制電源管理模塊各個電源轉換的開關，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)不需要進行磁測功能，只需要計時功能開啟，具體操作則是整個系統(tǒng)除了片外rtc在工作其他全部關閉，其電源由額外攜帶的大容量的紐扣電池供電；

13、通信模式：除了磁測模塊以及電源管理模塊中相關磁測電源部分不工作，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磁測電源部分開啟，并且控制磁測模塊開始工作，獲取的磁場值由stm32f407zgt6主控芯片將磁場值通過串口發(fā)送至電源管理模塊stm32l051c8t6芯片，stm32l051c8t6芯片整合時間戳后發(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、在一個工作周期內(nèi)，三個模式自動切換，從而達到降低功耗的功能。

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。所述的電源轉換電路包括亞德諾生產(chǎn)的型號為max1685eee+的電源轉換芯片、亞德諾生產(chǎn)的型號為max887h的電源轉換芯片和亞德諾生產(chǎn)的型號為lt1054cs8的穩(wěn)壓芯片。

17、上述技術方案具有如下有益技術效果：

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，特別是日變站不測量時，從而降低整體的電力成本，實現(xiàn)磁力儀儀器一次布防時間至少半年，從而降低布防和回收成本，提高了操作效率。長時間的地磁監(jiān)測磁數(shù)據(jù)記錄，也提高了數(shù)據(jù)的完整性和穩(wěn)定性。