专利名称：一种磁通门磁力仪背景场的自动补偿装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及应用于磁通门磁力仪的背景场自动补偿装置。
背景技术：
磁通门磁力仪是适合在零磁场和弱磁场下应用的测量磁场的仪器。当用于测量强 磁场背景下的微弱变化磁场时，如观测地磁场的变化即地磁场的“相对观测”，需要通过对 主要磁场(背景场或地磁基本场)实行补偿，使磁力仪探头铁芯工作在零场附近，使其分辨 率、动态范围和线性特性都能满足记录地磁场分量变化的要求。补偿方法是在探头铁芯上 增加一个补偿线圈，通以补偿电流，铁芯中产生一个与探头轴向外磁场大小相等、方向相反 的“补偿磁场”，使探头铁芯近似工作于零场状态，如图1所示。目前一些磁通门磁力仪主要采用手动调整的背景磁场补偿方式，即采用分压电阻 来控制补偿电流的大小，通过手动调节电位器或分档测量开关来改变分压电阻值。这些补 偿方法均需实地操作，不适宜于远程控制，比如井下磁力仪的补偿或网络化的远程监控等 情况；且操作不便，精度低；有的操作繁琐，需反复测量和设置，补偿效率低。有的磁通门虽 然采用数字设置补偿值的方法，但需要对背景磁场的预先测量，不能实行自动化操作，补偿 精度也较低。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种自动补偿磁通门磁力仪背景磁场的 装置，实现对背景磁场的高精度自动补偿、使其能够满足用于深井观测和远程监控的需要。本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下一种磁通门磁力仪背景场的自动 补偿装置，包括A/D转换器(模数转换器)、MCU (Micro Control Unit，微控制单元)和D/A 转换器(数模转换器)；所述A/D转换器与磁通门磁力仪的传感器探头电连接，D/A转换器与 磁通门磁力仪的传感器探头中的补偿线圈电连接，所述MCU分别与所述A/D转换器和D/A 转换器电连接；所述A/D转换器从所述磁通门磁力仪的传感器探头采集磁通门磁力仪测量 值并实时转换为数字信号供所述MCU运算处理，经MCU运算处理得到的数字补偿信号通过 所述D/A转换器转换为模拟电压信号并耦合给所述补偿线圈。本实用新型的有益效果是所述MCU根据磁通门磁力仪测量值运算处理得到数字 补偿信号，再将其发送给磁力仪的探头补偿线圈，从而实现了磁通门磁力仪对背景磁场的 自动补偿，克服了手动调整的背景磁场补偿方式的缺点，与手动调整的背景磁场补偿方式 相比，提高了补偿效率和精度，不再需要人工进行现场实地操作，从而使其能够满足用于深 井观测以及远程监控和智能化测量。在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。进一步，所述A/D转换器为M位A/D转换器。采用上述进一步方案的有益效果是，模数转换精度高。进一步，所述A/D转换器为ADI公司(Analog Device Instrument，美国模拟器件公司)的AD7732 A/D转换器或其它高精度的24位A/D。采用上述进一步方案的有益效果是，工作稳定，兼容性高，模数转换精度高。进一步，所述D/A转换器为16位D/A转换器。采用上述进一步方案的有益效果是，数模转换精度高。进一步，所述D/A转换器为Maxim公司(Maxim Integrated Products，美国美信集 成产品公司)的MAXM42 D/A转换器或其它16位以上高精度D/A。利用上述本名实用新型的磁通门磁力仪背景场的自动补偿装置，本实用新型还提 供了一种磁通门磁力仪背景场的自动补偿方法，包括以下步骤步骤A 设定补偿阀值，并执行步骤B ；步骤B 从磁通门磁力仪的传感器探头采集磁通门磁力仪测量值，并执行步骤C ；步骤C 将步骤B中采集的测量值的大小与补偿阀值的大小进行比较，若测量值的 大小小于补偿阀值的大小，则执行步骤E，否则执行步骤D ；步骤D 生成补偿信号，并将其传送给磁通门磁力仪的探头补偿线圈，并执行步骤 B ；步骤E 结束对磁通门磁力仪背景场的自动补偿。 结合上述本名实用新型的磁通门磁力仪背景场的自动补偿装置，本实用新型又提 供了一种更具体的磁通门磁力仪背景场的自动补偿方法，包括以下步骤步骤100 设定补偿阀值Uci，并将所述MCU中的寄存器置“0x8000”，寄存器操作数 位设定为最高位，并执行步骤200 ；步骤200 对所述磁通门磁力仪的传感器探头的输出进行A/D转换，得到转换结果 Ui，并执行步骤300;步骤300 :比较所述11:和||]€|,若1]: > |UQ|,则执行步骤400，否则执行步骤500 ；步骤400 将所述寄存器操作数位下移一位，并执行步骤410 ；步骤410 将所述寄存器当前数位置“1”，并执行步骤420 ；步骤420 将所述寄存器的值通过所述D/A转换器转换成模拟补偿信号，并将所述 模拟补偿信号传送给磁通门磁力仪的探头补偿线圈，经延迟后执行步骤430 ；步骤430 对所述磁通门磁力仪的传感器探头的输出进行A/D转换，得到转换结果
辽，并执行步骤440;步骤440 比较所述11:和|11€| ,若U: > |UQ| ,则执行步骤400，否则执行步骤450 ；步骤450 比较所述辽和||Je| ,若Ui < — |U0J，则执行步骤460，否则执行步骤 600 ；步骤460:将所述寄存器当前数位置“0”，并判断所述寄存器当前数位是否为最低 数位，若是则执行步骤600，否则执行步骤400 ；[0032]步骤500 比较所述U^|Ue|,若巧< —|U。|,则执行步骤510，否则执行步骤 600 ；步骤510 将所述寄存器置“0x7FFF”，并执行步骤520 ；步骤520 将所述寄存器操作数位下移一位，并执行步骤530 ；步骤530 将所述寄存器当前数位置“0”，并执行步骤540 ；步骤MO 将所述寄存器的值通过D/A转换器转换成模拟补偿信号，并将所述模拟 补偿信号传送给磁通门磁力仪的探头补偿线圈，经延迟后执行步骤550 ；步骤550 对所述磁通门磁力仪的传感器探头的输出进行A/D转换，得到转换结果
U:，并执行步骤560;步骤560 比较所述U和|Ue|’ IVU1 < - |UQJ ,则执行步骤520，否则执行步骤 570 ；步骤570 :比较所述巧和||^|,若11: > I Ucj I,则执行步骤580，否则执行步骤600 ；步骤580 将所述寄存器当前数位置“1”，并判断所述寄存器当前数位是否为最低 数位，若是则执行步骤600，否则执行步骤520 ；步骤600 结束对磁通门磁力仪背景场的自动补偿。通过上述磁通门磁力仪背景场的自动补偿方法，反复的进行如下过程对磁通门
磁力仪的传感器探头的输出进行A/D转换得到Ui，并与预先设定的补偿阀值Uij进行比较，
根据比较结果对寄存器的数位值进行调整，并将MCU中寄存器的值经D/A转换器转换成模 拟补偿信号传送给磁通门磁力仪的探头补偿线圈。从而实现了对磁通门磁力仪背景场的补 偿。通过反复的执行上述过程，使得补偿的结果不断的接近事先期望的结果。整个过程不 需要人工的干预，实现了全过程的自动进行。进一步，所述补偿阀值的值不小于10 nT (纳特斯拉，简称纳特)。进一步，所述补偿阀值Uc3的值为30 nT。使用时，所述补偿阀值1^可根据实际“零场”范围要求预先设置，在实际使用中，
如果希望传感器所处的“零场”范围小于10 nT则补偿阀值Uf3可设置为10 ηΤ，如果希望传
感器所处的“零场”范围小于30 nT则补偿阀值IIfj可设置为30 ηΤ，如果在实际使用中希望 传感器所处的“零场”范围更大或者更小时，可根据实际需要进行设置。
图1为磁通门磁力仪背景磁场补偿原理示意图；图2为本实用新型磁通门磁力仪背景场的自动补偿装置原理示意图；图3为本实用新型磁通门磁力仪背景场的自动补偿装置一实施例电路示意图；图4为本实用新型磁通门磁力仪背景场的自动补偿方法流程图。附图中，各标号所代表的部件列表如下1、A/D转换器，2、MCU，3、D/A转换器，4、传感器探头。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用 新型，并非用于限定本实用新型的范围。如图2所示，本实用新型的磁通门磁力仪背景场自动补偿装置包括与磁通门磁力 仪的传感器探头4电连接的A/D转换器1，与A/D转换器1电连接的MCU 2，以及与MCU 2电 连接并与磁通门磁力仪的传感器探头4中的补偿线圈电连接的D/A转换器3 ；其中，A/D转 换器1用于实时采集磁通门磁力仪测量值并转换为数字信号供MCU 2运算处理，MCU 2用 于控制A/D转换器1，并对A/D转换器1发送来的数字信号进行运算处理得到数字补偿信 号，并将数字补偿信号通过D/A转换器3转换为模拟电压信号，D/A转换器3将模拟电压信 号耦合给传感器探头4中的补偿线圈。作为具体实施例，A/D转换器1可采用ADI公司的型号为AD7732的M位A/D转 换器或其它M位高精度的A/D转换器，D/A转换器3可采用Maxim公司的型号为MAXM42 的16位D/A转换器或其它的16位双极性D/A转换器。如图3所示，为一个具体实施例的 电路示意图。其中，传感器探头4中包括探头磁芯、探头补偿线圈、耦合给补偿线圈的恒流 源电路、与探头补偿线圈电连接的信号处理(解调)电路；A/D转换器1通过13引脚和16引 脚与传感器探头4中的信号处理电路电连接，A/D转换器1的1弓丨脚、4引脚、24引脚、25引 脚和26引脚分别与MCU 2的一般I/O引脚Pl. 3、Pl. 4、Pl. 5、Pl. 6、Pl. 7电连接，MCU 2的 另一些I/O引脚Pl. 0、Pl. U Pl. 2分别与D/A转换器3的2引脚、3引脚和4引脚电连接， D/A转换器3通过其6引脚、7引脚和8引脚输出补偿电压经恒流源电路与传感器探头4电 连接。本实用新型中的磁通门磁力仪背景磁场的自动补偿思路如下先由A/D转换器1 测量磁场的大小，判断是否需要进行补偿及补偿值的极性和大小，由D/A转换器3输出补偿 电流；再由A/D转换器1测量磁场的大小，由MCU 2判断是否需要进行补偿及补偿值的大 小，由D/A转换器3输出补偿电流……经过多个补偿循环。具体操作如下补偿前先将D/A 转换器3中的输出寄存器清零，D/A转换器3的输出也为0。在MCU 2的逻辑控制下，对传
感器探头的输出进行A/D转换，将这个转换结果Ui跟预先设定的补偿阀值Ue进行比较。如 UiJ > juj,说明需要补偿。同时根据巧的正负判别补偿的方向及阀值Ut3的正负，确定 补偿寄存器(即D/A输出寄存器)值的符号位值和阀值Ufj的符号位值。然后将补偿寄存器的最高数值位置“ 1 ”，使寄存器的数值位输出为“ 100··· 00”，这个数字量被D/A转换器3转 换成相应的模拟补偿电压送给传感器探头补偿线圈，延时后再对传感器探头输出进行A/D
转换，对这个新的转换结果再跟阀值Utj进行比较，如果补偿后使得Ui跟上次的A/D转换值 符号相反且有|U:| > |11。|,说明补偿值过大，则这个“1”应去掉；如果补偿后使得巧跟上次 的a/d转换值符号相同且仍有|u:| > IuclI,说明补偿值还不够大，这个“ 1 ”应予保留；如果 补偿后有|u:j< |ul3|,说明已达到补偿目标要求，可以退出补偿循环。如果经这一位的补 偿后仍有|υ“ > Iuf3I,则再对其它次髙位逐位进行同样的补偿循环，直到最低位比较完为
止，或在某一位补偿后有|u“ < IUcjI则退出补偿循环。补偿阀值(即补偿后传感器探头所
处的“零场”范围)可以根据实际使用中对“零场”范围的要求预先设置，如在本实施例中要 求补偿后的“零场”小于30ηΤ，则可将其设置为30 ηΤ,实际补偿后一般都在几到十几ηΤ内。
一般来说补偿阀值Ui3的设定范围不小于10 ηΤ，当然根据需要也可以设定的比10 ηΤ更小，
使磁力计探头工作在真正的“零场”下。根据上述思路，本实用新型提供了一种磁通门磁力仪背景场的自动补偿方法，步 骤包括步骤A 设定补偿阀值，并执行步骤B ；步骤B 从磁通门磁力仪的传感器探头采集磁通门磁力仪测量值，并执行步骤C ；步骤C 将步骤B中采集的测量值的大小与补偿阀值的大小进行比较，若测量值的 大小小于补偿阀值的大小，则执行步骤Ε，否则执行步骤D ；步骤D 生成补偿信号，并将其传送给磁通门磁力仪的探头补偿线圈，并执行步骤 B ；步骤E 结束对磁通门磁力仪背景场的自动补偿。结合本实用新型的磁通门磁力仪背景场的自动补偿装置，上述方法的具体实现程 序流程如图4所示，具体方法步骤如下步骤100 设定补偿阀值Utj，并将所述MCU中的寄存器置“0x8000”，寄存器操作数 位设定为最高位，并执行步骤200 ；步骤200 对所述磁通门磁力仪的传感器探头的输出进行A/D转换，得到转换结果 g，并执行步骤300;步骤300 比较所述11:和| UeI^Ui > juj,则执行步骤400，否则执行步骤500 ；[0066]步骤400 将所述寄存器操作数位下移一位，并执行步骤410 ；步骤410 将所述寄存器当前数位置“1”，并执行步骤420 ；步骤420 将所述寄存器的值通过所述D/A转换器转换成模拟补偿信号，并将所述 模拟补偿信号传送给磁通门磁力仪的探头补偿线圈，经延迟后执行步骤430 ；步骤430 对所述磁通门磁力仪的传感器探头的输出进行A/D转换，得到转换结果
Ui，并执行步骤440;步骤440 比较所述11:和| UeI^Ui > juj,则执行步骤400，否则执行步骤450 ；步骤45。比较所述辽和|Ue| ,若11: < -|UQ|,则执行步骤460，否则执行步骤 600 ；步骤460:将所述寄存器当前数位置“0”，并判断所述寄存器当前数位是否为最低 数位，若是则执行步骤600，否则执行步骤400 ；步骤500 比较所述辽和|UeI ,若1]: < - |UQj ,则执行步骤510，否则执行步骤 600 ；步骤510 将所述寄存器置“0x7FFF”，并执行步骤520 ；步骤520 将所述寄存器操作数位下移一位，并执行步骤530 ；步骤530 将所述寄存器当前数位置“0”，并执行步骤MO ；步骤MO 将所述寄存器的值通过D/A转换器转换成模拟补偿信号，并将所述模拟 补偿信号传送给磁通门磁力仪的探头补偿线圈，经延迟后执行步骤550 ；步骤550 对所述磁通门磁力仪的传感器探头的输出进行A/D转换，得到转换结果
R，并执行步骤560; 步骤560 比较所述巧和|Ue| ,若11: < 570 ；
-|U0|,则执行步骤520，否则执行步骤步骤570 :比较所述11:和|1!€|,若1]: > |UQ|,则执行步骤580，否则执行步骤600 ；步骤580 将所述寄存器当前数位置“1”，并判断所述寄存器当前数位是否为最低 数位，若是则执行步骤600，否则执行步骤520 ；步骤600 结束对磁通门磁力仪背景场的自动补偿。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用 新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保 护范围之内。
权利要求1.一种磁通门磁力仪背景场的自动补偿装置，其特征在于包括A/D转换器、MCU和D/ A转换器；所述A/D转换器与磁通门磁力仪的传感器探头电连接，D/A转换器与磁通门磁力 仪的传感器探头中的补偿线圈电连接，所述MCU分别与所述A/D转换器和D/A转换器电连 接；所述A/D转换器从所述磁通门磁力仪的传感器探头采集磁通门磁力仪测量值并实时转 换为数字信号供所述MCU运算处理，经MCU运算处理得到的数字补偿信号通过所述D/A转 换器转换为模拟电压信号并耦合给所述补偿线圈。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述A/D转换器为对位A/D转换器。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述A/D转换器为AD7732型A/D转 换器。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述D/A转换器为16位D/A转换器。
5.根据权利要求1或4所述的装置，其特征在于所述D/A转换器为MAXM42型D/A转 换器。
专利摘要本实用新型涉及一种磁通门磁力仪背景场的自动补偿装置。所述装置包括A/D转换器、MCU和D/A转换器；所述A/D转换器从磁通门磁力仪的传感器探头采集磁通门磁力仪测量值并实时转换为数字信号供所述MCU运算处理，经MCU运算处理得到的数字补偿信号通过所述D/A转换器转换为模拟电压信号并耦合给所述磁通门磁力仪的传感器探头中的补偿线圈。本实用新型不需要人工进行现场实地操作仪器，提高了补偿效率和精度，能够用于深井观测以及仪器的远程监控和智能化测量。
文档编号G01R33/04GK201886139SQ20102068196
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者张旸, 张炼, 滕云田, 胡星星, 马洁美 申请人:中国地震局地球物理研究所