质子旋进磁力仪（PPM）AM502磁力仪

该设备是高精度的质子磁力仪，可用于精确确定地球磁场，精度约为半纳米特斯拉。经过漫长的开发阶段和许多原型，当前版本的数据可以到达商用设备的数据。

AM502FG PPM控制单元
AM502SL PPM传感器	AM502GL GPS选项

总磁场磁力仪，用于精确测量地球磁场。质子进动的工作原理导致高度稳定的读数，而读数几乎与传感器的方向无关。由于其具有成本效益的设计和易于操作的特性，AM502质子磁力计是许多应用的理想选择，例如矿物勘探，UXO检测，考古学，磁性天文台等等。
 

• 低噪声全场磁力计
• 分辨率：0.1 nT
• 2 nT精度
• 全自动调音
• 可充式传感器
• 简单直观的操作和坚固的防风雨设计（IP65）
• 可选的GPS接收器用于磁场测绘

功能AM502磁力仪

磁力计的构造不含机电组件（无继电器），既适合于在稳态操作（例如用于极光预报或用于检测太阳风暴）中监测地球磁场，也可用于移动应用。以下是重要的数据：

• 测量范围30000至60000nT
• 测量频率高每秒1次测量
• 0.1nT分辨率，50ppm精度
• *晶体管化，无继电器，无易损件
• 全自动调节（自动调谐功能）
• 针对12V铅酸电池运行进行了优化（11-15V，大2A，平均约0.8A）
• 短路和反极性保护
• 非易失性存储32768个测量值（GPS选项：包括时间/日期和坐标）
• 通过串行接口输出数据
• 压电蜂鸣器，用于报警和按键反馈
• 操作和读取简单（差异显示为条形图）
• 可以永的久运行（天文台）
• 密封，永的久密封的传感器，无填充物或类似物 必要
• 坚固的铝制外壳（德国制造），外壳IP65，连接器IP40或IP65（可选）
• 控制单元尺寸：171x54x130mm（HxWxD）
• 传感器尺寸：长度：315mm（无连接），直径：75mm，重量：2.2kg

动机

开发此设备的原因是希望从地球磁场中找出其秘密，这恰恰是因为人类感官难以接近它。太阳风暴，电流，磁性物体-一切都会不断影响我们周围的磁场。海员担心可能的磁山将钉子从船上拉出来。有足够的理由使用一种惊人的测量方法来接近问题，该方法可以接收和评估来自原子内部世界的信号。

从第1个原型（图的右上角）到半专业设备的进一步发展是一种运动野心，它想要完美的东西，当然还有参与开发的其他电子爱好者的动力。因此，现在有一个使用说明书，一部简短的YouTube电影给人留下了对设备及其用途的印象！但是，这些说明指的是较早的设备版本之一。

结构和概述

磁力计使用质子核磁共振原理，类似于核磁共振断层扫描仪中的原理，但场强明显较低。磁场将尽可能多的核自旋带到同一方向。关闭这种“极化”后，核自旋像地球磁场中的小陀螺仪一样旋转。进动频率直接取决于地球磁场，并且可以由感应线圈检测到。下图显示了系统的基本结构。

传感器（1）由两个沿相反方向缠绕的线圈组成。这种布置防止了由外部磁场引起的干扰相互消灭。在线圈的中心有一个装有液体的容器，例如异丙醇或石蜡。尽管水原则上是合适的，但由于有冻结的危险而将其排除在外。线圈的首要任务是对准核自旋。为此，开关（3）用于通过电流限制器（4）和几乎无损的反极性保护（5）将线圈系统连接到电源（Ubatt）。该极化阶段持续约0.5至5秒，此后在室温下几乎没有任何自旋对准。在组装传感器之前，先看一下传感器线圈：

在极化阶段之后，电流被开关装置（3）中断。与每个线圈一样，现在感应出一个高电压，该高电压通过电压限制（2）进行限制，直到线圈“放电”为止。在*放电之前，电流和电压的过程会通过一个电阻来衰减，该电阻也包含在（2）中。

在线圈极化和放电后，自旋对准并在地球磁场中运行。在地磁场的典型场强下，频率约为1.5至2.5 kHz。尽管介质中没有金属物体，也没有相关电流流过，但线圈系统（1）中会感应出电压。它通过模拟开关（7）传递到可变开关电容器组（8）和前置放大器（9）。借助电容器，线圈形成一个谐振器，类似于简单的无线电接收器，该谐振器在几微伏的范围内将信号强度提高了十倍。

通过（9）将信号放大1000到2000倍后，尽管谐振器已调谐，但噪声仍占主导地位。为了进一步减少这种情况，使用了可编程带通（10），它再次将带宽小于100Hz的信号放大了20到50倍。然后，在比较器（11）的帮助下，将以这种方式处理的信号转发到系统（12）的处理器。在此，以约500 ms的测量间隔确定所有零交叉的时间，并将其用于频率的数学确定。例如，如果德国南部的地球磁场为47500nT，则其频率约为2022.35Hz。

关于质子磁力计基本功能的更多详细信息，例如，可以在 Wikipedia上的相应文章中找到。

通常应注意，质子磁力计仅适用于远离建筑物和电力线的露天场所，因为它们通常会导致较大的磁场波动和梯度。因此，通常不能在建筑物内进行操作，在室外，离金属夹杂物（混凝土）和电力线（也包括地下）的建筑物应保持至少5m的无干扰运行。传感器也应在至少1m的高度上运行，因为始终存在于地下的电流和磁性矿物否则也会由于强磁场梯度而导致错误的测量值。

测量结果

下图（请单击放大）显示了2012年7月15日至16日在路德维希堡（红色）和不伦瑞克（蓝色）附近的地球磁场的过程。不伦瑞克工业大学设有一个带观测站的磁铁实验室，并在其网站上提供 了 新的测量数据，从而使这种比较成为可能。

红色测量曲线的变宽（噪声）是由于电磁干扰场（例如电力线和通过附近铁路线的火车）引起的。离群值是在短距离（约10m）内通过传感器的车辆。在这里，您可以看到车辆到达并停在15m外的情况：

甚至在晚上，在有住宅建筑物的建筑区域中，背景噪声也为+ -2至3nT：

只能在远离居民区的地方再次观察到波动的减少。到建筑物的距离约为3公里，到下一条街的距离约为1.5公里。为了进行比较，此处显示的磁力计的测量数据以红色绘制，而蓝色数据是不伦瑞克专业Overhauser磁力计的测量结果：

在大测量频率（1Hz）下，设备在偏远森林地区的波动。可以假定这主要是测量设备的背景噪声。在此示例中，噪声的均方根值约为0.25nT。在专业的Overhauser磁力计领域中，平均4个值会导致本底噪声为0.1nT（有效）：

后，是激发质子的“声音”。总是很着迷的是如何从诸如水之类的液体中产生磁信号。这是WAV格式（165kB）的信号，该信号也记录在具有许多电源线的密集区域中。频谱分析显示了从50Hz和100Hz到kHz范围内的谐波。这些是如此强大，以至于尽管以相反方向连接的传感器线圈采用了精确的绕线技术，但仍无法*抑制。这意味着电源线始终是一个问题，尤其是在将质子磁力计用于移动应用时。

使用磁力计软件工具（PPMTOOL），可以创建所谓的轮廓图，该轮廓图使用记录的GPS坐标在地图上以彩色显示磁场强度。以下示例显示了使用此处介绍的磁力计发现的地下水管线，显然是从水箱（东北角，左上）到水塔（右下）铺设的。使用KML，此类磁场图也可以集成为Google Maps中的地面叠加层，然后可以进行交互式操作。

该测试表明，使用业余设备也可以实现来自Geometrics，Gemsys和Scintrex的极其昂贵的“专业设备”的分辨率和质量。

磁力软件工具

可以将存储的测量值传输到Windows PC，尤其是用于移动设备。具有GPS坐标的数据可以快速轻松地显示为插值的彩色地毯。

该工具非常简单，实际上仅用于数据下载。数据可以CSV格式导出以进行进一步的分析和分析，因此也可用于其他程序（例如，冲浪者）。

无需软件即可纯传输当前测量值。测量后，值以ASCII格式传输。该软件工具仅对于读出记录的数据是必需的。

早期版本

在开发阶段，在一个非常小的外壳中创建了一个版本（AM502C）。但是，背面的连接器和不受保护的拨动开关不太适合移动使用：

下图（AM502FL）的版本在前面板上提供了更坚固的工业连接器，但由于采用塑料框架，因此外壳没有特殊的保护等级，并且不如新版本坚固，但是拨动开关已被薄膜开关代替：

进一步资料

这里有一些值得阅读有关质子磁力计信息的链接。

• 便携式磁力仪应用手册（S. Breiner）。在我看来，这对于在搜索对象时移动使用高灵敏磁力计来说就像是“标准工作”。
• 业余爱好者建造磁力计的实用指南（第1部分：磁力计技术简介）（W。Bayot）。对于质子磁力计的详细结构和功能感兴趣的每个人，都有大量信息。该文档包含许多链接，还有一个Excel工作表，用于计算质子磁力计的传感器线圈。
• 业余爱好者建造磁力计的实用指南（第2部分：实用建筑指南）（W。Bayot）。任何正在考虑制造质子磁力计的人都应该阅读此文档。
• 磁测量和天文台实践指南（JERZY JANKOWSKI和CHRISTIAN SUCKSDORFF）。 对于那些不那么关注移动使用和搜索对象的人，但是对于那些想要从科学的角度观察地球磁场的人来说，这非常有趣。
• 协助撤离武的器附录A-3.1.2：地球物理学/磁性学。联邦环境，自然保护，建筑和核安全部的可读文章。

对于一般介绍，当然也建议在Wikipedia上发表有关核磁共振（NMR，核磁共振）和质子磁力计的相应文章。

该测试表明，使用业余设备也可以实现来自Geometrics，Gemsys和Scintrex的极其昂贵的“专业设备”的分辨率和质量。

磁力软件工具

可以将存储的测量值传输到Windows PC，尤其是用于移动设备。具有GPS坐标的数据可以快速轻松地显示为插值的彩色地毯。

该工具非常简单，实际上仅用于数据下载。数据可以CSV格式导出以进行进一步的分析和分析，因此也可用于其他程序（例如，冲浪者）。

无需软件即可纯传输当前测量值。测量后，值以ASCII格式传输。该软件工具仅对于读出记录的数据是必需的。

早期版本

在开发阶段，在一个非常小的外壳中创建了一个版本（AM502C）。但是，背面的连接器和不受保护的拨动开关不太适合移动使用：

下图（AM502FL）的版本在前面板上提供了更坚固的工业连接器，但由于采用塑料框架，因此外壳没有特殊的保护等级，并且不如新版本坚固，但是拨动开关已被薄膜开关代替：

进一步资料

这里有一些值得阅读有关质子磁力计信息的链接。

• 便携式磁力仪应用手册（S. Breiner）。在我看来，这对于在搜索对象时移动使用高灵敏磁力计来说就像是“标准工作”。
• 业余爱好者建造磁力计的实用指南（第1部分：磁力计技术简介）（W。Bayot）。对于质子磁力计的详细结构和功能感兴趣的每个人，都有大量信息。该文档包含许多链接，还有一个Excel工作表，用于计算质子磁力计的传感器线圈。
• 业余爱好者建造磁力计的实用指南（第2部分：实用建筑指南）（W。Bayot）。任何正在考虑制造质子磁力计的人都应该阅读此文档。
• 磁测量和天文台实践指南（JERZY JANKOWSKI和CHRISTIAN SUCKSDORFF）。 对于那些不那么关注移动使用和搜索对象的人，但是对于那些想要从科学的角度观察地球磁场的人来说，这非常有趣。
• 协助撤离武 的器附录A-3.1.2：地球物理学/磁性学。联邦环境，自然保护，建筑和核安全部的可读文章。

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