[發明專利]一種同頻共振極化同步磁場測量裝置

在審

• 申請號: 202011620647.6
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112698254A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 尹文斌;曹小龍;張磊;呂孝勇;譚文
• 申請（專利權）人: 湖南繼善高科技有限公司
• 主分類號: G01R33/02
• 分類號: G01R33/02
• 代理公司: 長沙智路知識產權代理事務所(普通合伙) 43244
• 代理人: 曲超

本發明公開了一種同頻共振極化同步磁場測量裝置，所述磁場測量裝置包括探頭、極化電路、高精度的頻率發生電路、高分辨率的ADC采集電路和MCU處理器；所述探頭內包括極化線圈和接收線圈，所述極化電路，使用線性穩壓源進行恒壓驅動，并通過控制開關電路產生一定極化頻率的方波信號，以對探頭內的質子進行極化，MCU處理器通過所述頻率發生電路發送所需的對質子進行極化的頻率信號，以驅動極化電路發送方波至所述探頭內的極化線圈，在發送頻率的同時進行ADC數據采集和積分計算，以達到同步整周期采集，計算出有效幅值，最終通過對應最大幅值的極化頻率確定磁場頻率。該測量裝置精度高、硬件成本低、體積小且支持同步測量，測量效率高。

技術領域

本發明涉及電磁勘探設備領域，尤其涉及一種同頻共振極化同步磁場測量裝置。

背景技術

質子磁力儀是通過磁場測量探頭對內部質子進行電場極化，停止極化后，則所有質子按照電場方向，進行拉莫爾旋進，拉莫爾旋進的頻率根據磁場不同成對應比例關系，磁場與頻率的關系比為B＝23.4874*f，磁場測量探頭所產生的頻率信號幅度與質子旋進數量多少成正比，即質子旋進數量越多，信號幅值越大，且隨著時間的增加，所有質子旋進方向由于同性排斥，最終趨于平衡，最終磁場測量探頭輸出信號將按照環境磁場對應頻率，幅度按照指數衰減形態輸出，因此，質子磁力儀測量大地磁場一般轉換為測量頻率。傳統的質子磁力儀測量方式為，給磁場測量探頭以一定電壓極化，極化后產生拉莫爾旋進信號，旋進信號經過諧振電路、放大電路、頻率測量電路，最終計算出頻率，通過磁場與頻率的關系式計算出實際磁場值。

然而，由于大地磁場信號非常弱，磁場測量探頭所產生信號非常小，一般在幾個uV，因此對整個硬件電路，特別是放大電路要求噪聲非常小，否則噪聲將掩蓋有效信號，使之無法測量，且放大電路最小需放大100000倍，整個系統其自噪聲需控制在10nV級，由于相同元器件的微小差異性將使不同儀器具備較大差異，因此這對硬件設計上來講具備很高難度。質子磁力儀一般的精度要求為0.01nT，轉換為頻率為最小分辨率約為0.000426Hz，因此測量頻率精度需達到10^-4數量級才能保證測量精度，這就需要超高精度頻率測量，且需保證頻率測量晶體的溫度穩定性與準確性。磁場測量為輸出模擬微小信號，經過放大與整形后，其頻率勢必會產生相位抖動造成不穩定現象，這對后續的測量頻率，不僅需要保證頻率的高精確，同時也需要保證頻率的穩定性，這在硬件和軟件算法上提出了較高的要求。

例如專利申請“CN201010147845-一種OVERHAUSER磁力儀”中就公開了一種磁力儀，通過射頻激勵信號使氮氧自由基溶液產生電子與核雙共振現象(Overhauser效應)，增強氫質子沿地磁場方向的磁化強度，解決質子磁力儀傳感中氫質子旋進信號過弱的問題，從而提高傳感器的測磁精度，然而，其極化對象是電子，振蕩高頻信號需要上MHZ頻率以上，需要額外安裝丙類高頻功放8才能夠對其進行放大，此外接收信號時還必須在放大器內安裝諧振放大電路12才能放大接收信號，且其探頭結構復雜精密，由高頻諧振腔9、內有自由基溶液的密封玻璃瓶10和繞在玻璃瓶外的低頻接收線圈11構成，另外還需安裝直流脈沖發生器3給探頭產生一直流脈沖，且其頻率計5的頻率測量方式是間歇性的測量方式(即探頭極化的同時不能同步確定測量頻率，兩者分開進行)，因此該磁力儀為了實現Overhauser效應以完成磁場頻率的高精度測量，需要相當高的硬件成本和較復雜的測量程序，且測量效率不夠高。

因此，急需設計一種磁場測量裝置來對地質磁場頻率進行準確測量，同時減小硬件的開發和生產成本，并簡化測量方式，提高測量效率。

發明內容

(一)要解決的技術問題

基于此，針對現有技術的不足，本發明提供一種同頻共振極化同步磁場測量裝置，其不僅能夠實現磁場頻率的高精度測量，還降低了硬件成本，并簡化測量程序，自動化程度高，同時通過探頭內的雙線圈實現了在持續極化質子時的磁場頻率的同步在線測量，提高了測量速度和效率。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本發明采用的主要技術方案包括：