基于数字检测的磁通门电流传感器

传统的自激式磁通门电流传感器通常基于平均电流法测量电流,结构复杂且测量带宽和响应时间均受滤波器截止频率的限制。文中基于占空比采样的数字检测法设计了一款面向复杂漏电流测量的传感器,使用单片机直接测量激磁信号占空比,并通过数字算法完成信号的解调与处理。文中的传感器采用开环设计,节省了滤波电路与AD转换器,降低了成本。实验表明:该传感器的带宽和响应时间性能均优于基于平均电流法的传感器。

小江断裂带南端密集综合台阵建设及运行

依托国家重点计划研发项目“新型便携式地震监测设备研发”,在小江断裂带南端(滇南玉溪地区、红河州地区)布设密集综合台阵,共计配置110套小型化磁通门传感器、电磁波传感器和温度压力传感器。参照国家与地震行业相关标准、规范及技术规程,对台阵仪器运行质量进行评估。结果表明,大部分站点观测仪器运行指标能够达到质量评估技术规范要求,可满足综合台阵长期连续观测要求。该成果可为区域密集台阵建设及相关应用研究提供借鉴。

磁通门电子学中的噪声分析与抑制

针对磁通门传感器电子学单元中存在的噪声信号干扰问题,分析了磁通门激励电路中存在的功率器件MOSFET在方波开关信号频率下开通和关断时,引入与检测目标频率相关的噪声信号通过电源地层串扰对感应和反馈信号产生的影响,并提出了一种新型的噪声滤波电路以降低噪声水平。通过电路仿真结果及该降噪电路的实际应用测试结果表明:噪声幅值水平明显降低,该滤波电路能够对噪声信号起到明显的抑制作用,且在感应、反馈信号中与激励频率相关的谐波噪声得到了有效滤除,与高性能磁通门磁测数据相似度由原来的0.918提升至0.986,验证了该降噪电路对磁通门传感器整体磁测水平的提高效果。

基于时间差型磁通门的电流传感器抗干扰研究

在漏电流检测领域,需特别关注小电流检测的灵敏度,此时外界干扰对小电流检测的影响不能忽视。针对漏电流检测领域要求,文章对时间差型磁通门电流传感器进行了理论推导,分析了影响传感器性能的因素和抗干扰性能的影响因素,得到了传感器设计参数、不均匀因素与抗干扰性能的定量关系。研究结果表明,可通过调节电路参数改变传感器灵敏度等性能,尽量使线圈均匀,增大激励电压与回路电阻之比,提升抗干扰性能,为自激振荡时间差磁通门电流传感器的优化设计提供理论依据。

地磁相对记录用低噪声磁通门磁力仪

针对地磁相对记录要求观测仪器具有高分辨力、低噪声和长期稳定性的特点,抑制外界温度对传感器输出的影响,获得较低的温度系数,研制的磁通门传感器采用高导磁率坡莫合金作为磁芯材料,激励线圈直接缠绕在高塑性、较高持久蠕变强度的环形合金骨架上,感应线圈和补偿线圈缠绕在低温度系数的玻璃钢骨架上。采用交变模拟信号处理电路、深度负反馈网络提升仪器的稳定性和线性度;采用D/A转换电路实现仪器对外界自然磁场的自动补偿。通过在零磁空间的性能测试和在观测台站的对比观测,研制的磁力仪噪声指标为峰峰值p-p 0.1 nT、温度系数D分量小于0.1'/℃、H、Z分量小于1 nT/℃。

火炮弹丸捷联式地磁—太阳方位姿态测量模型研究

为了测试火炮弹丸飞行姿态 ,采用捷联式地磁—太阳方位传感器 ,利用地磁场和太阳方位作为参照物 ,解算弹丸飞行姿态。本文给出了解算弹丸姿态的数学模型和测试方法以及解算所应满足的条件 ,提供了对高过载、高转速弹丸姿态测试的有效方法。

时间差型磁通门敏感单元巴克豪森噪声处理研究

敏感单元是时间差型磁通门传感器的核心,磁芯在交变磁场激励下产生巴克豪森噪声,该噪声直接影响后续电路输出信号质量及时间差检测,限制了磁通门稳定性和灵敏度的提高。针对时间差型磁通门的工作原理,对巴克豪森噪声特点进行分析,研究该噪声与磁芯磁导率之间的关系。在Simulink仿真平台上以动态反正切磁滞回线模型为基础,搭建敏感单元巴克豪森噪声模型。根据噪声分布规律将小波滤波应用到感应信号去噪处理中,利用时间差信噪比对比分析不同滤波方法的效果。仿真及实测结果表明,小波滤波能有效去除巴克豪森噪声,时间差信噪比提高133倍,时间差波动小于35μs,为提高时间差型磁通门敏感单元检测精度和稳定性提供了依据。

基于磁通门原理的零磁通交直流电流传感器

文中基于磁通门技术和零磁通原理研究了一种交直流传感器。其利用聚磁环将一二次电流产生的磁场聚集并叠加,通过嵌入在聚磁环内部的高灵敏度磁通门传感器进行磁场检测,再通过高增益高带宽的功率放大电路输出,形成与一次电流相对应的二次电流。一、二次电流在聚磁环中产生大小相等、方向相反的磁场,最终能使聚磁环中的磁场为零,一、二次电流安匝数相等。同时,采用两个对称分布在聚磁环两边的磁通门传感器,提高系统对外界磁场的抗干扰能力。文章对传感器进行了交流误差、直流误差、阶跃响应、频率特性等试验测试,结果表明其在交直流下均满足0.01级要求。

磁通门的数值分析与HSPICE仿真

针对电压源激励和非正弦波激励在传统分析计算中存在的难题,提出了一种基于HSPICE的磁通门计算和仿真方法。磁通门铁芯用考虑磁滞现象的JA-Brachtendorf模型描述,而传统的JA-Brachtendorf模型参数的提取方法需要很多实验数据。运用一种简单的计算方法利用较少的试验数据先得到JA模型的数据,再由JA模型数据得到JA-Brachtendorf模型的参数。最后通过实例用HSPICE仿真考察电压源激励方式下磁通门各种物理量的波形、量值,与实验结果符合得很好。

基于单片机的数字磁通门传感器

主要研究了一种数字磁通门传感器。这种传感器采用单片机的A/D对磁通门输出信号进行采样。采样后的数据通过串口送给计算机进行运算,并得到最终的输出量。该传感器对地球磁场进行了测量。结果显示:它的误差较小,改善了传统磁通门传感器的温度性能,提高了输出信号的稳定性。

低剩磁误差磁通门的激励电路研究

降低磁通门剩磁误差的有效方法是增大激励电流的峰值,但大的激励电流峰值将增大功耗。带有足够高峰值的尖脉冲激励电流能降低剩磁误差,同时也降低了功耗,但是降低了传感器的灵敏度而且信号的处理难度增加。一种有效的解决方法是采用激励调谐方法获得所谓理想激励波形。本文提出用激励电路产生高峰值和低有效值激励信号的方法。与调谐激励方法不同,该方法采用积分器和微分器对输入方波信号进行处理后相加,得到一种在峰值处叠加有尖脉冲的三角波信号。电路不用仔细调谐,且尖脉冲的峰值比较容易调节,方便对剩磁误差的研究。针对尖脉冲的峰值固定的情况,还提出了仅由两个电阻,两个电容和一个运算放大器组成的改进型电路。实验结果表明:采用本文激励电路,在10mT的磁场干扰后,磁通门的剩磁误差为0.5nT。

直流叠加脉冲电流波形宽频带电流传感器

提出了一种用于测量直流叠加脉冲电流波形的电流传感器。该传感器由两个磁芯组成,一个工作于磁通门状态,另一个基于罗氏线圈原理。为了将磁通门与罗氏线圈检测技术集成在一起,引入了一个反馈绕组,有效克服了脉冲磁场与直流磁场对磁芯工作状态的影响。基于理论分析制作了样机。实验结果表明,所提出的电流传感器能有效测量直流叠加脉冲电流波形:有效测量频带为340 k Hz,直流分量的测量误差为0.6%;低频段与高频段交点处的测量误差最大,最大测量误差为1.5%。

微型正交激励磁通门结构设计

利用三维电磁场仿真软件对线-芯结构微型正交激励磁通门进行了仿真分析。研究了不同频率下激励线宽度、铁芯宽度、激励线厚度、铁芯厚度等磁通门结构参数对铁芯饱和情况的影响。以减小激励电流、降低磁通门功耗为目标,讨论了采用线-芯结构的微型正交激励磁通门所应选择的结构尺寸。采用MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)工艺制备了这种结构尺寸的微型磁通门传感器并对其进行了测试,采用尖脉冲激励时,其可以以1.7 mW的超低功耗得到91.6 V/T的输出灵敏度。

宽范围双向饱和磁通门电流传感器

双向饱和磁通门原理具有优良的温度稳定性,然而该方法局限于被测磁场强度（Hp）大于磁芯最小饱和磁场强度（Hsat）的条件。该文研究Hp＜Hsat情况下激励电流的变化规律,得出被测电流的表达式及其成立条件,完善了双向饱和磁通门原理。在此基础上提出新的检测方法,设计传感器样机,进行仿真与实验研究。所设计的传感器能测量0-1.2A的小电流（Hp＜Hsat）与1.2-150A的大电流（Hp＞Hsat）,测量精度为0.5%。温度由25℃上升到120℃时所引起的测量误差小于0.085%。测试结果与仿真结果具有很好的一致性,验证了测量原理的正确性与测量方法的有效性。

磁通门磁强计感应回路的稳态解析模型

针对磁通门磁强计感应回路中调谐电容对灵敏度的影响,提出了磁通门感应回路的分段解析稳态模型,计算了不同调谐电容值时的感应电流波形及峰-峰值。计算与实验的对比表明,感应波形之间相关系数均大于0.98,峰-峰值p平均计算误差小于3%。调谐电容在±8%内变化时,引起的磁通门灵敏度变化为大于37%。本文提供的磁通门感应回路稳态模型能够用于精确描述输出电流性质,为研究磁通门系统的温度稳定性提供分析和参考。

微型磁通门传感器的制备与测试研究进展

对微型磁通门传感器的原理与结构进行论述,介绍了平面型和立体型微型磁通门传感器的制备方法,并阐述了A/D转换、Δ-Σ调制和全数字化磁通门传感器测试系统的组成和结构,指出现有测试系统的优缺点和存在问题,并在此基础上分析了微型磁通门传感器的发展趋势。

电流输出型磁通门传感器的灵敏度

研究了电流输出型磁通门传感器的灵敏度。一般磁通门的灵敏度随次级线圈匝数增加而增加 ,导致高灵敏度磁通门体积大 ,闭环工作时动态性能差。通过理论推导得出 ,忽略线圈的铜电阻和耦合电容的容抗时 ,电流型磁通门的灵敏度与次级线圈匝数成反比 ,因而可在小体积下获得高灵敏度和优越的动态性能。研制了 6只次级线圈匝数不等双铁心电流输出型磁通门进行试验。用最小二乘法对实验数据进行了分析 ,结果表明理论推导与试验结果基本一致。分析还表明 ,若考虑次级线圈的铜电阻和耦合电容的容抗 ,用次级线圈匝数的倒数及其二次项表示电流输出型磁通门的灵敏度具有更高的精度。

基于磁通门技术的方位传感器设计

磁通门技术是一种非电量磁测法 ,它利用由高磁导率、低矫顽力的软磁材料作成的铁芯在激磁作用下 ,感应线圈出现随环境磁场强度而变的偶次谐波分量电势的特征 ,然后通过高性能的滤波器测量偶次谐波分量。文中介绍了以磁通门技术为工作原理的方位传感器设计 ,主要包括磁通门的工作原理、铁芯的热处理工艺。

铁芯参数对磁通门输入输出特性影响分析

针对磁通门需要什么参数的软磁铁芯的问题,在分析磁通门数学模型基础上,得出了正弦激励条件下磁通门的最佳激励磁场为铁芯饱和磁场强度的槡2倍;以带磁滞的双曲正切函数拟合软磁材料磁滞回线,分析了饱和磁感应强度、饱和磁场强度、矫顽力、矩形比和退磁系数对输出二次谐波幅值和激励电流的影响,得出高灵敏度磁通门铁芯应具有高磁导率和矩形比,低饱和磁场强度、矫顽力和退磁系数;低功耗磁通门铁芯应具有高磁导率,适当的矩形比,低饱和磁感应强度、饱和磁场强度、矫顽力和退磁系数;最后通过对比两组六种不同铁芯的磁滞回线和双铁芯磁通门输入输出特性,验证了以上结论的正确性。

三端式磁通门传感器的数学建模及数值分析

分析了三端式磁通门的工作原理,建立了三端式磁通门结构的数学模型,并计算出三端式磁通门的各项参数和指标,其中参数和指标主要包括灵敏度、磁导率等;在此基础上,比较不同波形下的灵敏度大小,确定最佳的激励波形,以计算机辅助设计为工具,验证了数学模型的合理性,并保证在灵敏度最大的条件下得到最佳激励电压和激励频率。