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物探与化探  2022, Vol. 46 Issue (6): 1528-1533    DOI: 10.11720/wtyht.2022.1463
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便携式三分量磁场测量模块
王旭1(), 陈凯1, 芦勇健2, 尹曜田1()
1.中国地质大学(北京) 地球物理与信息技术学院,北京 100083
2.齐鲁空天信息研究院,山东 济南 250000
Portable three-component magnetic field measurement module
WANG Xu1(), CHEN Kai1, LU Yong-Jian2, YIN Yao-Tian1()
1. School of Geophysics and Information Technology, China University of Geosciences, Beijing 100083, China
2. Qilu Aerospace Information Research Institute,Jinan 250000,China
全文: PDF(2715 KB)   HTML
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

高精度磁场测量模块主要用于地质、地球物理、国防等科学领域。现有的三分量磁场测量模块存在便携性差(需要连接PC交互)、本底噪声水平高、续航时间短等不足。针对现有磁场测量模块的不足,对便携式三分量磁场测量模块进行研发,研制了高精度数据模块,开发了Android手机端控制程序,并进行了性能指标测试。测量模块支持Android手机端交互,具有本底噪声水平低(动态范围>121dB@fs=1 000 Hz)、同步精度高(时间漂移±0.87 ms/day)、续航时间长(可连续工作一周)、扩展性强(支持多种磁通门传感器)的特点。便携式三分量磁场测量模块设计便携、简单易用,适合野外测试使用。

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王旭
陈凯
芦勇健
尹曜田
关键词 低功耗低噪声时钟同步    
Abstract

The high-precision magnetic field measurement module is mainly used in the scientific fields such as geology, geophysics, and national defense. However, the existing three-component magnetic field measurement module suffers poor portability (requiring a PC for data acquisition), large background noise, and short operating time. Therefore, this study developed a portable three-component magnetic field measurement module:a high-precision data measurement module and an Android control program. The test results show that the measurement module supports the interactive control using Android mobile phones and enjoys the advantages of low background noise (dynamic range>121dB@fs=1,000Hz), high clock synchronization precision (time drift±0.87 ms/day), long operating time (for one-week continuous work), and high scalability (supporting multiple fluxgate sensors).Portable three-component magnetic field mesurement module is portable,simpk and easy to use,suitable for field testing.

Key wordslow power consumption    low noise    clock synchronization
收稿日期: 2021-08-20      修回日期: 2022-06-12      出版日期: 2022-12-20
ZTFLH:  P631  
基金资助:国家自然科学基金项目“海底MT的运动海水电磁噪声分离方法研究”(41804071)
通讯作者: 尹曜田
作者简介: 王旭(1998-),男,主要从事地球物理仪器开发及应用工作。Email:3466604515@qq.com
引用本文:   
王旭, 陈凯, 芦勇健, 尹曜田. 便携式三分量磁场测量模块[J]. 物探与化探, 2022, 46(6): 1528-1533.
WANG Xu, CHEN Kai, LU Yong-Jian, YIN Yao-Tian. Portable three-component magnetic field measurement module. Geophysical and Geochemical Exploration, 2022, 46(6): 1528-1533.
链接本文:  
https://www.wutanyuhuatan.com/CN/10.11720/wtyht.2022.1463      或      https://www.wutanyuhuatan.com/CN/Y2022/V46/I6/1528
Fig.1  MagDAS-03组成部件
参数 测量范围
-3dB带宽 DC~3k Hz
噪声 <4 pT/ H z@1Hz
功耗 1140 mW(+65 mA@12V, -30 mA@-12V)
量程 ±60~±1000 μT
线性度 15 ppm
体积 32(L)mm×32(W)mm×225(H)mm
Table 1  Mag-13磁通门传感器参数
Fig.2  硬件原理框
参数名称 具体指标
信噪比 124dB@1000Hz
分辨率 31bits
供电 ±2.5V
功耗 25mW@±2.5V
Table 2  ADS1282参数
Fig.3  MagDAS-03电源拓扑结构
Fig.4  时钟同步原理
Fig.5  MCU程序框图
Fig.6  软件主界面(a)状态查询(b)设置界面(c)
Fig.7  软件控制界面(a)数值显示(b)波形显示(c)
Fig.8  噪声时域波形
采样率 通道 本底噪声有效值 动态范围
x 2.8740 μV 127.82 dB
250 Hz y 2.9094 μV 127.71 dB
z 2.8008 μV 128.04 dB
x 5.7232 μV 121.84 dB
1000 Hz y 5.4717 μV 122.23 dB
z 5.5558 μV 122.10 dB
Table 3  本底噪声有效值及动态范围
Fig.9  本底噪声功率谱密度
工作模式 功耗
采集存储 600 mW
GPS、Wifi采集存储 1000 mW
整机运行 2140 mW
Table 4  MagDAS-03功耗测试
Fig.10  MagDAS-03带宽测试
Spectramag-6 MagDAS-03
通道数 6 3
采样率 0.1~10000 Hz 250、500、1000、2000 Hz
功耗 9W 1800 mW
上位机 PC Android手机端
时间同步
Table 5  Spectramag-6和MagDAS-03性能对比
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