智能化磁化率仪原理及研制

　　0　引言

　　物质的磁化率测定、分析,经常被用于第四纪地质、考古、土壤等研究领域.目前在城市环境污染调查、水道湖泊重金属污染调查、古环境变迁等环境研究课题中,磁化率是一非常有价值的分析参数.磁化率(κ)表示物质在外磁场的作用下被磁化的难易程度,它是一个没有量纲的值.通过磁化率的分析,可间接的反映污染状况和环境的变化.

　　目前国内通用的磁化率仪是英国巴林顿公司的MS-2型.但在测量某些湖泊沉积物时,由于磁化率值非常低,MS—2型磁化率仪难以分辨,而且野外不能自动记录数据,室内测量速度比较慢.其昂贵的售价令许多单位望而止步.为此我们研制了智能化磁化率仪(SES-942).本仪器在性能上较MS-2型磁化率仪有两大突出的特点和改进:(1)提高了测量的灵敏度和精度;(2)具有一定的智能化.即通过87C51单片机的处理功能,可实现数据的测量、处理、显示、输出自动化(见表1).

　　1　系统结构及技术指标

　　1.1　仪器的系统结构(如图1)

　　电气部分由探头和主机组成,之间用电缆连接.主机封装于塑料机壳内,接缝处以硅胶封合.内部的传感器模块和易受干扰的硬件部分用铝盒包裹,内有泡沫衬垫四壁,以防外界电磁场干扰并避免外界温度的影响.电池盒与主机箱是隔绝的,电池盒开口在底部,以防电池废气腐蚀主机电路板.

　　1.2　智能化磁化率仪主要技术指标

　　1.测量灵敏度:±1×;

　　2.测量精度:0.1 ;

　　3.测量范围:±0.1～9999;

　　4.使用范围:野外剖面测量室内精确测定;

　　5.接口:RS232LPT口;

　　6.内存储器:32 k,可存储6000个数据;

　　7.测量时间:1.2 s;

　　8.重量:1.5 kg;

　　9.内存数据可保存1年以上,且可随时清除;

　　10.配有标准串、并行接口,可与微机和打印机连接,测量过程中不占用微机或打印机;

　　11.电源:12 V(0),22 V(alt).底部装有5#可充电电池盒,机芯集成电路全部采用CMOS电路,耗电极少,充一次电可连续使用8 h.使用电源时交、直流自动转换.

　　2　电气部分硬件设计

　　如图2原理框图所示:传感器模块包括探头、(1)、(2)部分;主机控制模块包括(3)、数据输出/显示部分.

　　探头是由一个线圈绕制成的电感元件L和电容元件C组成的串联谐振槽路.槽路与反馈元件组成振荡电路.测量时将样品置于电感线圈L之中或将线圈L放置在待测点的平面上,则相当于在线圈中充填了视磁化率为κ'的磁介质.这时,线圈元件的电感量与介质的视磁化率有关,在均匀磁路的情况下,其电感L与视磁化率成正比,即:

　　其中N=线圈匝数;S=线圈的截面积;1 =磁路路程;κ=介质的视磁化率.