基于DSP的JPM1型质子磁力仪研制

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1、第32卷第5期吉林大学学报(信息科学版)Vol．32No．52014年9月JournalofJilinUniversity(InformationScienceEdition)Sept．2014文章编号:1671-5896(2014)05-0509-07基于DSP的JPM-1型质子磁力仪研制aaabb张爽，周前伟，陈曙东，郭欣，李海英(吉林大学a．电子科学与工程学院;b．物理学院，长春130012)摘要:为提高传统质子磁力仪综合性能，同时为研制Overhauser磁力仪提供参考依据，设计了基于数字信号处

2、理器(DSP:DigitalSignalProcessor)TMS320F2812研制的JPM-1型质子磁力仪。该磁力仪以DSP为核心实现质子旋进信号的采集和处理，采用基于DSP的软件过零数频算法计算旋进信号频率。分析了探头初始信号强度，并通过建立仪器噪声模型分析了仪器噪声。野外测试结果表明，该磁力仪探头信号初始幅度约为0．4μV，初始信噪比为32∶1，灵敏度为0．27nT。关键词:质子磁力仪;数字信号处理器;信噪比;数频算法;灵敏度中图分类号:TP21;P631文献标识码:ADesignofJPM-1

3、ProtonMagnetometerBasedonDSPaaabbZHANGShuang，ZHOUQianwei，CHENShudong，GUOXin，LIHaiying(a．CollegeofElectronicScienceandEngineering;b．CollegeofPhysics，JilinUniversity，Changchun130012，China)Abstract:Inordertoimprovethetraditionalprotonmagnetometercomprehensi

4、veperformance，andprovidereferencebasisfordevelopingOverhausermagnetometer，JPM-1protonmagnetometerisintroduced，whichisbasedonDSP(DigitalSignalProcessor)TMS320F2812andisdifferentfrompreviousdomesticmagnetometer．DSPisusedtoacquireandprocesstheprecessionsign

5、al，andthefrequencycountingmethodbasedonzero-crossingcountingalgorithmisemployed．Initialsignalstrengthandthenoisecharacteristicsarediscussed，andthemeasuredresultsfitwellwiththecalculatedresults．Finalresultsshowthattheinitialsignalstrengthisabout0．4μVwithS

6、NＲ(SignaltoNoiseＲatio)32∶1，and0．27nTsensitivityisobtainedinfieldmeasurement．Keywords:protonmagnetometer;digitalsignalprocessor(DSP);signaltonoiseradio(SNＲ);frequencycountingalgorithm;sensitivity0引言通过线圈中的直流电流产生的极化磁场将氢质子极化，利用极化后的氢质子在待测磁场中的拉莫尔进动制成的质子磁力仪是一种传

7、统的静磁测量仪器，广泛应用于空间测磁、地质勘探和地震预测等领［1-3］［4，5］域。质子磁力仪的相关研究在50～60年代国内外有大量报道，目前已经有众多商业化产品，比如加拿大GEM公司的GSM-19T、美国的G856、北京地质仪器厂的CZM系列等。传统质子磁力仪虽然原理简单，易于实现，但要想在绝对精度、灵敏度、梯度容限、动态范围和工作温度等综合指标上达到先进水平却并非易事，需要不断地完善。近些年，国内针对质子磁力仪的设计虽有相关报道，但很少给出详实的实验结果，而且提供的技［6-8］术指标也缺乏实验验证。

8、笔者对JPM-1磁力仪的基本架构进行了概述，由于灵敏度是质子磁力仪的重要指标之一，而信号幅度和仪器噪声(信噪比)是影响这一指标的重要因素，因此笔者主要针对这收稿日期:2013-12-26基金项目:吉林省产业技术研究与开发专项基金资助项目(2013C035-1)作者简介:张爽(1967—)，男，辽宁丹东人，吉林大学教授，主要从事电磁传感理论与技术研究，(Tel)86-13504312310(E-mail)zhangshuang@jlu．edu