時間差型磁通門傳感器理論建模與實驗研究.pdf

1、磁通門傳感器是一種基于軟磁材料非線性磁化特性工作的磁場測量設(shè)備，具有穩(wěn)定性好、分辨率高，可以檢測矢量磁場等優(yōu)點，在地質(zhì)勘探、導(dǎo)航、空間技術(shù)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的磁通門傳感器由于奇次諧波噪聲的影響，傳感器性能提升受到限制。而時間差型磁通門傳感器利用周期飽和磁化的磁芯在被測磁場影響下停留在正負(fù)飽和狀態(tài)時間的不同，達到檢測磁場的目的，從原理上避免了奇次諧波噪聲的影響。并且時間差型磁通門具有結(jié)構(gòu)簡單、功耗低等優(yōu)點，是磁通門研究的一個新的方

2、向。
　　本文分析了時間差型磁通門探頭磁芯材料及結(jié)構(gòu)的特點，提出了新型的磁滯模型，完成了時間差型磁通門傳感器的設(shè)計與測試工作。并根據(jù)軟磁材料雙勢阱特性，設(shè)計了噪聲驅(qū)動磁通門傳感器，并對其性能進行了測試。論文的主要研究工作包括以下內(nèi)容:
　　(1)在分析時間差型磁通門探頭磁芯材料、激勵磁場、結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合J-A磁滯模型，提出了基于Brillouin方程的磁滯修正模型。首次將退磁因子作為探頭磁芯磁滯模型的參數(shù)進行理論分析

3、，提高了探頭磁芯磁滯回線的擬合精度。
　　(2)分析了磁通門探頭輸出信號和動態(tài)磁導(dǎo)率曲線之間的關(guān)系，通過研究Brillouin磁滯修正模型各參數(shù)對動態(tài)磁導(dǎo)率曲線形狀的影響，給出了時間差型磁通門探頭磁芯材料的選型依據(jù)。分析了橫向磁場對時間差型磁通門傳感器輸出的影響，為探頭結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考。
　　(3)設(shè)計了基于FPGA的激勵信號產(chǎn)生、信號調(diào)理、時間差讀取等電路，對不同磁芯材料、尺寸、結(jié)構(gòu)的探頭進行了實驗研究，制作了傳感器原理樣

4、機，其性能測試結(jié)果表明，所設(shè)計的傳感器具有良好的穩(wěn)定性及分辨率。
　　(4)根據(jù)軟磁材料的雙勢阱特性，建立了高斯白噪聲信號驅(qū)動下的雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的定態(tài)躍遷率和磁場之間的關(guān)系。仿真分析了被測磁場、周期激勵磁場、噪聲強度等因素對定態(tài)躍遷率曲線的影響，推導(dǎo)了高斯白噪聲和弱正弦信號復(fù)合驅(qū)動下的新型磁通門傳感器輸出信號和被測磁場之間的關(guān)系，為噪聲驅(qū)動的磁通門傳感器設(shè)計提供理論依據(jù)。
　　(5)根據(jù)噪聲驅(qū)動磁通門的原理，設(shè)計了高斯白噪聲和弱