多磁路磁通門傳感器及芯體模型參數(shù)優(yōu)化的研究.pdf

1、弱磁場特別是地磁場的精確測量，在衛(wèi)星姿態(tài)測量與控制、水下潛艇自主導航、地震預報、醫(yī)療設備、礦業(yè)選址等方面有著非常重要的作用。在眾多的矢量磁傳感器中，磁通門傳感器在弱磁場測量中有著體積小、重量輕、靈敏度高等突出優(yōu)勢，因而在實際中被廣泛應用。
　　磁通門傳感器是利用激勵磁場和外界磁場使磁芯反復飽和而達到測量磁場的目的，主要由探頭、激勵電路和檢測電路組成。磁通門傳感器的核心部分是探頭，而探頭的核心部分是磁芯，因此磁芯模型的精確性對于分析

2、和設計磁通門探頭有著非常重要的意義。不同磁芯結構的磁通門探頭，其工作機理和用途也大有不同。設計不同的磁芯結構和激勵方式，以滿足特殊場合磁性精確測量的需求。近年來，磁通門傳感器朝著高性能、微型化、低功耗等方向發(fā)展，在提高磁通門傳感器性能、降低磁通門傳感器體積、減少復雜性和降低功耗等方面對磁通門探頭的結構、輸出信號的檢測和處理方式等提出了更高的要求。
　　論文圍繞磁通門芯體模型參數(shù)的精確測定、磁芯結構的設計和磁通門輸出信號處理等關鍵技

3、術開展研究，主要內容如下:
　　1.芯體模型參數(shù)的精確測定方面。采用生物地理學優(yōu)化算法和果蠅優(yōu)化算法優(yōu)化描述磁芯磁滯特性的Jiles-Atherton(J-A)模型的參數(shù)。(1)針對生物地理學優(yōu)化算法存在的搜索能力不強、易出現(xiàn)早熟現(xiàn)象等問題，采用Arnold映射產生初始種群和引入差分變異策略改進遷移方程提高算法的性能，仿真結果與遺傳算法、粒子群算法、差分進化算法和生物地理學優(yōu)化算法進行比較。(2)針對果蠅優(yōu)化算法存在的易陷入局部極

4、值和精度低、穩(wěn)定性差的問題，采用動態(tài)變尺度步長產生果蠅的移動方向，改善算法性能，仿真結果與粒子群算法、果蠅優(yōu)化算法進行比較。
　　2.新型結構的磁通門探頭的設計和仿真方面。(1)針對狹縫、小空間等狹小空間磁場的測量，設計“日字形”磁通門探頭并研究其工作機理;利用有限元分析軟件ANSYS對其進行仿真研究，驗證工作機理的正確性。(2)針對狹縫、小空間等狹小空間點磁場的測量，設計“田字形”磁通門探頭;對“田字形”磁通門探頭的激勵方式和工

5、作機理進行分析;利用ANSYS軟件對其進行仿真研究，驗證“田字形”磁通門探頭設計的合理性和工作機理的正確性。
　　3.新型結構的磁通門探頭的制作和測試方面。(1)以坡莫合金帶材為磁芯材料加工制作“日字形”磁芯，制作“日字形”磁通門探頭;實驗測試“日字形”磁通門探頭在正弦波和方波激勵下的輸出特性。(2)以坡莫合金薄膜為磁芯材料加工制作“田字形”磁芯，制作“田字形”磁通門探頭;實驗測試“田字形”磁通門探頭在中間激勵方式下的輸出特性。<

6、br>　　4.同尺寸的“日字形”和“田字形”磁通門探頭性能的研究方面。(1)制作與“田字形”同尺寸的“日字形”磁通門探頭;(2)測試兩種探頭分別在對邊激勵方式和四周激勵方式下的輸出特性，分析兩種探頭的輸出信號。
　　5.磁通門探頭輸出信號處理方法和點磁場測量的研究方面。(1)利用軟處理方法對探頭輸出信號進行處理，代替常規(guī)的模擬電路處理;(2)研究了平面點磁場測量的方法。
　　研究結果表明:(1)生物地理學優(yōu)化算法和果蠅優(yōu)化算