質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀（PPM）AM502磁力儀

該設(shè)備是高精度的質(zhì)子磁力儀，可用于精確確定地球磁場，精度約為半納米特斯拉。經(jīng)過漫長的開發(fā)階段和許多原型，當(dāng)前版本的數(shù)據(jù)可以到達(dá)商用設(shè)備的數(shù)據(jù)。

總磁場磁力儀，用于精確測量地球磁場。質(zhì)子進(jìn)動(dòng)的工作原理導(dǎo)致高度穩(wěn)定的讀數(shù)，而讀數(shù)幾乎與傳感器的方向無關(guān)。由于其具有成本效益的設(shè)計(jì)和易于操作的特性，AM502質(zhì)子磁力計(jì)是許多應(yīng)用的理想選擇，例如礦物勘探，UXO檢測，考古學(xué)，磁性天文臺(tái)等等。
 

• 低噪聲全場磁力計(jì)
• 分辨率：0.1 nT
• 2 nT精度
• 全自動(dòng)調(diào)音
• 可充式傳感器
• 簡單直觀的操作和堅(jiān)固的防風(fēng)雨設(shè)計(jì)（IP65）
• 可選的GPS接收器用于磁場測繪

功能AM502磁力儀

磁力計(jì)的構(gòu)造不含機(jī)電組件（無繼電器），既適合于在穩(wěn)態(tài)操作（例如用于極光預(yù)報(bào)或用于檢測太陽風(fēng)暴）中監(jiān)測地球磁場，也可用于移動(dòng)應(yīng)用。以下是重要的數(shù)據(jù)：

• 測量范圍30000至60000nT
• 測量頻率高每秒1次測量
• 0.1nT分辨率，50ppm精度
• *晶體管化，無繼電器，無易損件
• 全自動(dòng)調(diào)節(jié)（自動(dòng)調(diào)諧功能）
• 針對12V鉛酸電池運(yùn)行進(jìn)行了優(yōu)化（11-15V，大2A，平均約0.8A）
• 短路和反極性保護(hù)
• 非易失性存儲(chǔ)32768個(gè)測量值（GPS選項(xiàng)：包括時(shí)間/日期和坐標(biāo)）
• 通過串行接口輸出數(shù)據(jù)
• 壓電蜂鳴器，用于報(bào)警和按鍵反饋
• 操作和讀取簡單（差異顯示為條形圖）
• 可以永的久運(yùn)行（天文臺(tái)）
• 密封，永的久密封的傳感器，無填充物或類似物 必要
• 堅(jiān)固的鋁制外殼（德國制造），外殼IP65，連接器IP40或IP65（可選）
• 控制單元尺寸：171x54x130mm（HxWxD）
• 傳感器尺寸：長度：315mm（無連接），直徑：75mm，重量：2.2kg

動(dòng)機(jī)

開發(fā)此設(shè)備的原因是希望從地球磁場中找出其秘密，這恰恰是因?yàn)槿祟惛泄匐y以接近它。太陽風(fēng)暴，電流，磁性物體-一切都會(huì)不斷影響我們周圍的磁場。海員擔(dān)心可能的磁山將釘子從船上拉出來。有足夠的理由使用一種驚人的測量方法來接近問題，該方法可以接收和評估來自原子內(nèi)部世界的信號。

從第1個(gè)原型（圖的右上角）到半專業(yè)設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展是一種運(yùn)動(dòng)野心，它想要完美的東西，當(dāng)然還有參與開發(fā)的其他電子愛好者的動(dòng)力。因此，現(xiàn)在有一個(gè)使用說明書，一部簡短的YouTube電影給人留下了對設(shè)備及其用途的印象！但是，這些說明指的是較早的設(shè)備版本之一。

結(jié)構(gòu)和概述

磁力計(jì)使用質(zhì)子核磁共振原理，類似于核磁共振斷層掃描儀中的原理，但場強(qiáng)明顯較低。磁場將盡可能多的核自旋帶到同一方向。關(guān)閉這種“極化”后，核自旋像地球磁場中的小陀螺儀一樣旋轉(zhuǎn)。進(jìn)動(dòng)頻率直接取決于地球磁場，并且可以由感應(yīng)線圈檢測到。下圖顯示了系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。

傳感器（1）由兩個(gè)沿相反方向纏繞的線圈組成。這種布置防止了由外部磁場引起的干擾相互消滅。在線圈的中心有一個(gè)裝有液體的容器，例如異丙醇或石蠟。盡管水原則上是合適的，但由于有凍結(jié)的危險(xiǎn)而將其排除在外。線圈的首要任務(wù)是對準(zhǔn)核自旋。為此，開關(guān)（3）用于通過電流限制器（4）和幾乎無損的反極性保護(hù)（5）將線圈系統(tǒng)連接到電源（Ubatt）。該極化階段持續(xù)約0.5至5秒，此后在室溫下幾乎沒有任何自旋對準(zhǔn)。在組裝傳感器之前，先看一下傳感器線圈：

在極化階段之后，電流被開關(guān)裝置（3）中斷。與每個(gè)線圈一樣，現(xiàn)在感應(yīng)出一個(gè)高電壓，該高電壓通過電壓限制（2）進(jìn)行限制，直到線圈“放電”為止。在*放電之前，電流和電壓的過程會(huì)通過一個(gè)電阻來衰減，該電阻也包含在（2）中。

在線圈極化和放電后，自旋對準(zhǔn)并在地球磁場中運(yùn)行。在地磁場的典型場強(qiáng)下，頻率約為1.5至2.5 kHz。盡管介質(zhì)中沒有金屬物體，也沒有相關(guān)電流流過，但線圈系統(tǒng)（1）中會(huì)感應(yīng)出電壓。它通過模擬開關(guān)（7）傳遞到可變開關(guān)電容器組（8）和前置放大器（9）。借助電容器，線圈形成一個(gè)諧振器，類似于簡單的無線電接收器，該諧振器在幾微伏的范圍內(nèi)將信號強(qiáng)度提高了十倍。

通過（9）將信號放大1000到2000倍后，盡管諧振器已調(diào)諧，但噪聲仍占主導(dǎo)地位。為了進(jìn)一步減少這種情況，使用了可編程帶通（10），它再次將帶寬小于100Hz的信號放大了20到50倍。然后，在比較器（11）的幫助下，將以這種方式處理的信號轉(zhuǎn)發(fā)到系統(tǒng)（12）的處理器。在此，以約500 ms的測量間隔確定所有零交叉的時(shí)間，并將其用于頻率的數(shù)學(xué)確定。例如，如果德國南部的地球磁場為47500nT，則其頻率約為2022.35Hz。

關(guān)于質(zhì)子磁力計(jì)基本功能的更多詳細(xì)信息，例如，可以在 Wikipedia上的相應(yīng)文章中找到。

通常應(yīng)注意，質(zhì)子磁力計(jì)僅適用于遠(yuǎn)離建筑物和電力線的露天場所，因?yàn)樗鼈兺ǔ?huì)導(dǎo)致較大的磁場波動(dòng)和梯度。因此，通常不能在建筑物內(nèi)進(jìn)行操作，在室外，離金屬夾雜物（混凝土）和電力線（也包括地下）的建筑物應(yīng)保持至少5m的無干擾運(yùn)行。傳感器也應(yīng)在至少1m的高度上運(yùn)行，因?yàn)槭冀K存在于地下的電流和磁性礦物否則也會(huì)由于強(qiáng)磁場梯度而導(dǎo)致錯(cuò)誤的測量值。

測量結(jié)果

下圖（請單擊放大）顯示了2012年7月15日至16日在路德維希堡（紅色）和不倫瑞克（藍(lán)色）附近的地球磁場的過程。不倫瑞克工業(yè)大學(xué)設(shè)有一個(gè)帶觀測站的磁鐵實(shí)驗(yàn)室，并在其網(wǎng)站上提供 了 新的測量數(shù)據(jù)，從而使這種比較成為可能。

紅色測量曲線的變寬（噪聲）是由于電磁干擾場（例如電力線和通過附近鐵路線的火車）引起的。離群值是在短距離（約10m）內(nèi)通過傳感器的車輛。在這里，您可以看到車輛到達(dá)并停在15m外的情況：

甚至在晚上，在有住宅建筑物的建筑區(qū)域中，背景噪聲也為+ -2至3nT：

只能在遠(yuǎn)離居民區(qū)的地方再次觀察到波動(dòng)的減少。到建筑物的距離約為3公里，到下一條街的距離約為1.5公里。為了進(jìn)行比較，此處顯示的磁力計(jì)的測量數(shù)據(jù)以紅色繪制，而藍(lán)色數(shù)據(jù)是不倫瑞克專業(yè)Overhauser磁力計(jì)的測量結(jié)果：

在大測量頻率（1Hz）下，設(shè)備在偏遠(yuǎn)森林地區(qū)的波動(dòng)。可以假定這主要是測量設(shè)備的背景噪聲。在此示例中，噪聲的均方根值約為0.25nT。在專業(yè)的Overhauser磁力計(jì)領(lǐng)域中，平均4個(gè)值會(huì)導(dǎo)致本底噪聲為0.1nT（有效）：

后，是激發(fā)質(zhì)子的“聲音”?？偸呛苤缘氖侨绾螐闹T如水之類的液體中產(chǎn)生磁信號。這是WAV格式（165kB）的信號，該信號也記錄在具有許多電源線的密集區(qū)域中。頻譜分析顯示了從50Hz和100Hz到kHz范圍內(nèi)的諧波。這些是如此強(qiáng)大，以至于盡管以相反方向連接的傳感器線圈采用了精確的繞線技術(shù)，但仍無法*抑制。這意味著電源線始終是一個(gè)問題，尤其是在將質(zhì)子磁力計(jì)用于移動(dòng)應(yīng)用時(shí)。

使用磁力計(jì)軟件工具（PPMTOOL），可以創(chuàng)建所謂的輪廓圖，該輪廓圖使用記錄的GPS坐標(biāo)在地圖上以彩色顯示磁場強(qiáng)度。以下示例顯示了使用此處介紹的磁力計(jì)發(fā)現(xiàn)的地下水管線，顯然是從水箱（東北角，左上）到水塔（右下）鋪設(shè)的。使用KML，此類磁場圖也可以集成為Google Maps中的地面疊加層，然后可以進(jìn)行交互式操作。

該測試表明，使用業(yè)余設(shè)備也可以實(shí)現(xiàn)來自Geometrics，Gemsys和Scintrex的極其昂貴的“專業(yè)設(shè)備”的分辨率和質(zhì)量。

磁力軟件工具

可以將存儲(chǔ)的測量值傳輸?shù)絎indows PC，尤其是用于移動(dòng)設(shè)備。具有GPS坐標(biāo)的數(shù)據(jù)可以快速輕松地顯示為插值的彩色地毯。

該工具非常簡單，實(shí)際上僅用于數(shù)據(jù)下載。數(shù)據(jù)可以CSV格式導(dǎo)出以進(jìn)行進(jìn)一步的分析和分析，因此也可用于其他程序（例如，沖浪者）。

無需軟件即可純傳輸當(dāng)前測量值。測量后，值以ASCII格式傳輸。該軟件工具僅對于讀出記錄的數(shù)據(jù)是必需的。

早期版本

在開發(fā)階段，在一個(gè)非常小的外殼中創(chuàng)建了一個(gè)版本（AM502C）。但是，背面的連接器和不受保護(hù)的撥動(dòng)開關(guān)不太適合移動(dòng)使用：

下圖（AM502FL）的版本在前面板上提供了更堅(jiān)固的工業(yè)連接器，但由于采用塑料框架，因此外殼沒有特殊的保護(hù)等級，并且不如新版本堅(jiān)固，但是撥動(dòng)開關(guān)已被薄膜開關(guān)代替：

進(jìn)一步資料

這里有一些值得閱讀有關(guān)質(zhì)子磁力計(jì)信息的鏈接。

• 便攜式磁力儀應(yīng)用手冊（S. Breiner）。在我看來，這對于在搜索對象時(shí)移動(dòng)使用高靈敏磁力計(jì)來說就像是“標(biāo)準(zhǔn)工作”。
• 業(yè)余愛好者建造磁力計(jì)的實(shí)用指南（第1部分：磁力計(jì)技術(shù)簡介）（W。Bayot）。對于質(zhì)子磁力計(jì)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和功能感興趣的每個(gè)人，都有大量信息。該文檔包含許多鏈接，還有一個(gè)Excel工作表，用于計(jì)算質(zhì)子磁力計(jì)的傳感器線圈。
• 業(yè)余愛好者建造磁力計(jì)的實(shí)用指南（第2部分：實(shí)用建筑指南）（W。Bayot）。任何正在考慮制造質(zhì)子磁力計(jì)的人都應(yīng)該閱讀此文檔。
• 磁測量和天文臺(tái)實(shí)踐指南（JERZY JANKOWSKI和CHRISTIAN SUCKSDORFF）。 對于那些不那么關(guān)注移動(dòng)使用和搜索對象的人，但是對于那些想要從科學(xué)的角度觀察地球磁場的人來說，這非常有趣。
• 協(xié)助撤離武的器附錄A-3.1.2：地球物理學(xué)/磁性學(xué)。聯(lián)邦環(huán)境，自然保護(hù)，建筑和核安全部的可讀文章。

對于一般介紹，當(dāng)然也建議在Wikipedia上發(fā)表有關(guān)核磁共振（NMR，核磁共振）和質(zhì)子磁力計(jì)的相應(yīng)文章。

該測試表明，使用業(yè)余設(shè)備也可以實(shí)現(xiàn)來自Geometrics，Gemsys和Scintrex的極其昂貴的“專業(yè)設(shè)備”的分辨率和質(zhì)量。

磁力軟件工具

可以將存儲(chǔ)的測量值傳輸?shù)絎indows PC，尤其是用于移動(dòng)設(shè)備。具有GPS坐標(biāo)的數(shù)據(jù)可以快速輕松地顯示為插值的彩色地毯。

該工具非常簡單，實(shí)際上僅用于數(shù)據(jù)下載。數(shù)據(jù)可以CSV格式導(dǎo)出以進(jìn)行進(jìn)一步的分析和分析，因此也可用于其他程序（例如，沖浪者）。

無需軟件即可純傳輸當(dāng)前測量值。測量后，值以ASCII格式傳輸。該軟件工具僅對于讀出記錄的數(shù)據(jù)是必需的。

早期版本

在開發(fā)階段，在一個(gè)非常小的外殼中創(chuàng)建了一個(gè)版本（AM502C）。但是，背面的連接器和不受保護(hù)的撥動(dòng)開關(guān)不太適合移動(dòng)使用：

下圖（AM502FL）的版本在前面板上提供了更堅(jiān)固的工業(yè)連接器，但由于采用塑料框架，因此外殼沒有特殊的保護(hù)等級，并且不如新版本堅(jiān)固，但是撥動(dòng)開關(guān)已被薄膜開關(guān)代替：

進(jìn)一步資料

這里有一些值得閱讀有關(guān)質(zhì)子磁力計(jì)信息的鏈接。

• 便攜式磁力儀應(yīng)用手冊（S. Breiner）。在我看來，這對于在搜索對象時(shí)移動(dòng)使用高靈敏磁力計(jì)來說就像是“標(biāo)準(zhǔn)工作”。
• 業(yè)余愛好者建造磁力計(jì)的實(shí)用指南（第1部分：磁力計(jì)技術(shù)簡介）（W。Bayot）。對于質(zhì)子磁力計(jì)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和功能感興趣的每個(gè)人，都有大量信息。該文檔包含許多鏈接，還有一個(gè)Excel工作表，用于計(jì)算質(zhì)子磁力計(jì)的傳感器線圈。
• 業(yè)余愛好者建造磁力計(jì)的實(shí)用指南（第2部分：實(shí)用建筑指南）（W。Bayot）。任何正在考慮制造質(zhì)子磁力計(jì)的人都應(yīng)該閱讀此文檔。
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FLEXA AIR.KUWPVCAS AD27/10 德國 軟管 成分：聚氯乙烯塑料，不帶附件，小爆破壓力10兆帕，生產(chǎn)廠家：Sonepar Deutschland，用途：電纜保護(hù)用，10M/根

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