【正文】 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 1 摘要 三分量磁通門 地磁場檢測(cè)裝置是 應(yīng)用 磁通門傳感器 對(duì) 地磁場 進(jìn)行測(cè)量的 矢量檢測(cè)裝置 。 與其它類型測(cè)磁儀器相比，磁通門傳感器具有分辨率高 ，測(cè)量弱磁場范圍寬，體積 小、重量輕、功耗低，經(jīng)濟(jì)性好，能夠直接測(cè)量磁場的 失 量和適于在高速運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中使用等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用 于 各 種 領(lǐng)域。 本文分析了磁通門傳感器的工作原理， 詳細(xì)論述了如何采用數(shù)字檢波的方法進(jìn)行信號(hào)處理 .本文 還 介紹 了三分量地磁場 檢測(cè)裝置 硬件電路 的 設(shè)計(jì) 和 單片機(jī)程序 。 檢測(cè) 裝置 主要由 三分量 磁通門 傳感器、單片機(jī) 最小系統(tǒng) 、A/D 數(shù)據(jù)采集 電路 和串口電路 構(gòu)成。 三分量 磁通門 傳感器檢測(cè)到 磁場 的矢量 大小， 輸出信號(hào) 經(jīng)過 有源濾波器和放大器處理后得到三路 幅度與磁場各分量大小成正比的 正弦 信號(hào) 。 A/D 同時(shí)對(duì)三路 信號(hào)進(jìn)行 4 倍頻 采 樣，將兩個(gè)周期的采樣數(shù)據(jù)傳 送到 單片機(jī) ， 然后 單片機(jī) 通過串 行端 口 將數(shù)據(jù) 發(fā) 送到計(jì)算機(jī)， 最后 由計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù) 的 處理和分析。 關(guān)鍵詞 三分量 地磁場 數(shù)字檢波 數(shù)據(jù)采集 串 行端口 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 2 The Design of Geomagic Field Detection Device Based on Threeponent Fluxgate Sensors Abstrat The threeponent fluxgate geoamagic field detection device is a kind of vector detection device which can measure the geoamagic field with other instruments which can measure geomagic field,the fluxgate sensor has the virtue of small size,light weight, low power consumption and good economy,is used widely in different fields. This paper introduces the working principle of the fluxgate sensor and the digital demodulation method in detail. The design of hardware circuit of the threeponent fluxgate geomagic field detection device and progamming of MCU are also introduced in this paper. The detection device consists of threeponent fluxgate sensors, MCU system, A/D data acquisition circuit and port munication circuit. The magic vector is detected by the threeponent fluxgate sensors,signals output from the senors are processed by active filters and there are three sinusoidal signals,whose amplitude are proportional to the magnitude of geomagic field ponent. The A/D convertor produces 4 points sampling signals, and transmits data of two cycles to CPU, then CPU send the data to puter via the port. Finally,the data is processed and analyzed by puter. Keywords three ponents geomagic field Digital demodulation Data Acquisition Com Port 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 3 目錄 摘要 ..................................................................................................................... 1 ABSTRAT............................................................................................................ 2 1 緒論 ............................................................................................................... 1 研究三分量磁通門地磁場檢測(cè)裝置的目的和意義 ............................. 1 各種測(cè)磁儀器 ......................................................................................... 2 磁通門測(cè)磁儀器的研究 現(xiàn)狀 ................................................................. 5 2 檢測(cè)裝置的工作原理 ................................................................................... 6 磁通門傳感器的工作原理 ..................................................................... 6 檢測(cè)裝置的工作原理 ............................................................................. 8 地磁檢測(cè)裝置的主要功能 ................................................................... 12 3 三分量磁通門地磁場檢測(cè)裝置的硬件電路設(shè)計(jì) ................................... 12 前置檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) ........................................................................... 12 分頻電路和信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)： ........................................... 13 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)： ....................................................................... 13 選頻放大電路的設(shè)計(jì)： ............................................................... 14 16 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 4 倍頻采樣的硬件設(shè)計(jì) ......................................... 16 根據(jù) A/D 采集電路的設(shè)計(jì)要求選擇合適的 A/D： ................... 16 A/D 采集電路的設(shè)計(jì)： ................................................................ 17 內(nèi)部電源的設(shè)計(jì) ................................................................................... 18 4 三分量磁通門地磁場檢測(cè)裝置的的軟件設(shè)計(jì) ......................................... 19 STC89C54RD+單片機(jī)介紹 ................................................................ 19 A/D 的軟件控制 .................................................................................. 20 程序流程圖 ......................................................................................... 21 示例程序 ............................................................................................. 21 串口發(fā)送的硬件設(shè)計(jì) ......................................................................... 23 5 測(cè)試結(jié)果及分析 ....................................................................................... 24 分頻器電路測(cè)試 ................................................................................. 24 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 4 功率驅(qū)動(dòng)電路的測(cè)試 ........................................................................... 25 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路測(cè)試 ............................................................................... 25 帶通濾波器的測(cè)試 ............................................................................... 26 6 對(duì)三分量測(cè)量的通道差異進(jìn)行校正的方案設(shè)計(jì) ................................... 28 方案 1：通過硬件電路的調(diào)試進(jìn)行校正 .......................................... 28 方案 2：通過軟件編程對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行校正 .................................. 29 總結(jié) ................................................................................................................... 30 參考文獻(xiàn)及參考資料 ....................................................................................... 31 致謝 ................................................................................................................... 33 英文翻譯 ........................................................................................................... 34 英文翻譯原文 ................................................................................................... 37 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 1 1 緒論 研究 三分量 磁通門 地磁場檢測(cè)裝置 的目的和意義 在介紹 三分量磁通門地磁場檢測(cè)裝置 之前，首先介紹一下它的研究目的和意義。 檢測(cè)裝置 主要 是通過檢測(cè) 地 磁場 的 大小來尋找鐵磁性物質(zhì)的。鐵磁性物質(zhì)中很重要的一類就是鐵。 我國是最早發(fā)現(xiàn)和使用鐵的國家，同時(shí)鐵也是世界上發(fā)現(xiàn)并使用最早的一種金屬材料。 世界鐵資源豐富， 據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查所和礦業(yè)局 1996 年 1 月的統(tǒng)計(jì)，世界鐵礦石資源量 超過 8000 億 噸 ，折合金屬量超過 2300 億 噸 。 1995 年世界鐵礦石儲(chǔ)量 1 500 億 噸、 儲(chǔ)量基礎(chǔ) 2300 億 噸 ，折合鐵金屬量分別為 650 億噸 、 1000 億 噸 。 我國鐵金屬儲(chǔ)量 億 噸 ，應(yīng)在俄羅斯、澳大利亞、加拿大、巴