[发明专利]一种基于移动通信终端平台的便携式高精度地磁场探测设备

说明书

技术领域

本发明属于传感器技术领域，涉及一种基于移动通信终端平台的便携式高精度地磁场探测设备。

背景技术

我国各类自然灾害频发，但现有预警手段有限，不能全方位解决自然灾害预警难题。通过地磁场变化来预测自然灾害是提高预警能力的有效手段之一。大量科学数据表明，在诸如地震等自然灾害发生前夕，震源附件地磁场会发生显著的异常变化。因此在地震等自然灾害频发地区大量布置地磁测量传感器能够有效实现所在地区的地磁场检测，从而为地震等自然灾害的早期预警提供技术支撑。但是目前地磁测量预警主要由地磁台来实现，由于地磁台分建设成本高昂，不易实现较高密度、较大范围的布置，因此必然存在监控盲点及测量样本不足的问题。

此外，目前常规高精度便携式磁强计设备相对于地磁台来说具有成本低、易大量布置的优点，但是对操作人员的专业水平要求较高、同时不具备数据发送及联网功能，不能够做到大范围测量数据的及时统一上报，实时性较差。与此同时，自然灾害频发地区往往位于农村、乡镇、偏远山区等经济欠发达地区，所在地人民群众科学知识水平有限，对专业仪器设备的操作、维护面临较大难度，因此同样不能够满足较高密度、较大范围内实时监测、上报所在地地磁场信息的现实应用需求。

综上所述，在我国地震等自然灾害频发，自然灾害预报系统需求迫切的现状下，尚缺乏具有高测量精度、具备通信功能、成本低、易维护、通用性好的便携式磁场探测设备。

发明内容

本发明的技术解决问题的目的在于：针对现有技术的不足，提供了一种基于移动通信终端平台的便携式高精度磁场设备，本发明结合高精度三轴数字磁强计的测量功能与智能化人机交互界面，实现所在地区内地磁场信息的实时测量，同时能够接收上级系统的指令，完成测量结果的上报、发送及互联网分享。

本发明的技术解决方案是：

一种基于移动通信终端平台的便携式高精度磁场探测设备，包括：三轴磁强计模块、接口切换模块、人机交互模块；

三轴磁强计模块，通过接口切换模块接收人机交互模块发出的由上级系统或特定用户端通过移动通信网络发送给人机交互模块的测量指令，完成所在区域地磁场的实时测量，并将实时测量得到的数据以及三轴磁强计模块姿态数据发送给移动终端平台；

接口切换模块，实现人机交互模块与三轴磁强计模块、外部电源的连接切换；在数据采集状态时，连接人机交互模块与三轴磁强计模块，实现人机交互模块对三轴磁强计模块的供电、数据采集以及测量指令的转发；在充电状态时，连接人机交互模块与外部电源，通过外部电源，为人机交互模块供电；

人机交互模块，通过接口切换模块向三轴磁强计模块发送地磁场测量指令以及采集三轴磁强计模块输出的测量数据及姿态信息，并将其转化为被测区域的地磁场真实值，同时将地磁场真实值发送至上级系统或特定用户端供用户判断，并能够接收上级系统或特定用户端的指令，在地磁场真实值异常时实现报警。

三轴磁强计模块采用具备倾斜补偿的高精度数字式三轴磁强计为最优。

三轴磁强计模块包括三轴磁强计单元、加速度传感器单元、数据处理单元以及USB接口单元，其中：

三轴磁强计单元，测量被测区域地磁场，并将地磁场在自身三维坐标系上的磁场分量转化为与之对应的模拟电压输出；

加速度传感器单元，采集三轴磁强计模块的姿态信息，输出三轴磁强计模块俯仰角和横滚角的角度信息的模拟电压值；

数据处理单元，将三轴磁强计和加速度计输出的模拟电压值转换为数字量输出给USB接口单元；

USB接口单元，将数据处理单元处理完成的测量数据及角度信息的数字量通过USB接口和接口切换模块发送给人机交互模块。

数据处理单元包括5通道的AD转换电路、并-串转换电路；AD转换电路分别将三轴磁强计测量的地磁场三轴磁场分量的模拟电压值与两个姿态角度的模拟电压值转换为数字量，然后通过并-串转换电路电路将5个数字量串行输出给USB接口单元。

接口切换模块包括USB接口和单刀双掷开关，具体工作方式如下：

当处于数据采集状态时，接口切换模块的USB接口与三轴磁强计模块的USB接口单元相连，将单刀双掷开关切换至数据采集端，完成数据采集以及测量指令的转发，同时人机交互模块为三轴磁强计模块供电；

当处于在充电状态时，接口切换模块的USB接口与外部提供电源的USB充电线相连接，将单刀双掷开关切换至充电端时，实现外部电源对人机交互模块充电。

人机交互模块包括功能设置单元、数据处理单元、测量数据显示单元、地图与天气显示单元、接收与发送单元，其中：