HTcSQUID磁强计用无磁液氮玻璃钢杜瓦的真空性能研究

提出当对无磁液氮玻璃钢杜瓦抽真空时 ,向无磁液氮玻璃钢杜瓦的真空夹层充注微量的二氧化碳气体 ,所充入的二氧化碳气体就会和玻璃钢表面的氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等气体发生协同交换反应 ,使玻璃钢表面的氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等气体的脱附速度大大增加 ,减少了抽真空时间。由于无磁液氮玻璃钢杜瓦内使用的活性炭吸附剂对二氧化碳的吸附性能远远大于对玻璃钢材料所放出的氢气、一氧化碳和甲烷等主要气体的吸附性能 ,从而使得抽好真空的无磁液氮玻璃钢杜瓦的真空保持时间大大增加 。

不同电磁环境对HTcSQUID磁强计的噪声影响

当前的电磁环境受到大量数字移动通信设备干扰,面对微小信号的测量需求,在测量成本等各因素的制约下,无电磁屏蔽状态的HT_c SQUID磁强计的测量应用亟待发展。该环境下,为得到更精准的有效测量结果,探究不同环境噪声及各种电磁干扰对HT_c SQUID磁强计的影响是个重要的研究内容。采用统计方法对HTcSQUID磁强计在不同电磁环境下的检测输出数据进行分析和研究,通过环境噪声的幅度统计特性可看到输出信号中不同噪声干扰的特征,及环境噪声对HT_c SQUID磁强计的工作特性和低噪声检测能力的影响。

一种高精度星载磁强计系统级标定方法

星载三轴磁强计经常被用于卫星在轨的姿态确认与修正,为提高其在轨磁场测量精度,提出了一种高精度的星载磁强计系统级标定方法。首先,引入了光学棱镜基准,完成了参照磁强计磁轴的正交性自校准。随后,利用二乘法完成了三轴零磁环境模拟系统线圈系数校准,再利用参照磁强计完成了三轴零磁环境模拟系统磁轴正交性标定,从而获得高精度的空间磁环境地面模拟系统。最后,利用三轴零磁环境模拟系统与卫星正交性对应关系,完成了星载磁强计的标定。试验结果表明:经过标定后,三轴零磁环境模拟系统非正交度优于0.01°,星载磁强计标定误差优于10 nT,为星载磁强计系统地面标定试验验证提供了新途径。

全光法原子磁强计中弱磁信号检测研究进展

准确地探测和测量磁场,特别是极弱磁场(nT级以下),对理解物理世界可以起到更好的辅助作用。随着量子传感、信息、仪器仪表等技术的发展,原子磁场测量技术成为新一代超高灵敏磁场测量技术的发展方向。综述了原子磁强计中信号测量、调制方法、研究进展、设计方案以及实际应用的情况。首先介绍了近年来国内外原子磁强计的研究现状;其次阐述了全光法原子磁强计的基本原理;接着详细讲解了弱磁信号检测原理,并对不同的调制方法进行了比较;最后对弱磁信号高灵敏度的检测在今后的改进方向、应用领域和所面临的挑战进行了展望。

深空探测中磁强计在轨标定研究进展

磁场测量是深空探测的重要任务之一,高精度的磁场测量对研究行星宜居性、空间等离子体环境等具有重要意义.磁通门磁强计是空间探测任务中最广泛使用的仪器之一.然而其磁补偿会随时间缓慢变化,因此,在卫星飞行期间需要定期对磁强计的磁补偿实施在轨标定.本文综述了基于空间物理现象对星载磁强计实施在轨标定的方法.根据计算磁补偿的方式,这些方法可分为两类.第一类方法通过公式计算磁补偿,如基于阿尔芬波动特征的Belcher方法、Hedgecock方法和Davis-Smith方法,以及一维和三维磁镜模方法;这类方法中,Davis-Smith方法被认为是计算磁补偿的最优方法.第二类方法通过概率获取磁补偿的最优解,该类方法被称为新一代在轨标定技术,目前已发展出六种算法;该技术可使用阿尔芬波动、磁镜结构和电流片中的一种或多种现象来实施在轨标定,另外,该技术也可以使用足够数据量(如4小时)的任意行星际磁场数据来计算磁补偿.与Davis-Smith方法相比,新一代在轨标定技术具有很好的兼容性(可同时使用不同的物理现象)和拓展性.除了太阳风,该技术还能在火星磁鞘中实施在轨标定.目前,该技术已为“天问一号”环绕器的磁场数据提供标定服务.

磁强计在研究性教学实验中的探索与实践

振动样品磁强计是磁性材料测量的重要手段之一,对测定磁性材料的基本磁性能,得到相应磁学参数具有重要应用.通过构建基于磁纳米颗粒的磁各向异性样品,研究了剩磁、矫顽力、饱和磁化强度和磁能积随磁测量角度的变化规律,分析了实验中产生磁测量误差的主要影响因素,获得了理想的磁滞回线.该教学实验能加深大学生对磁性材料产生磁各向异性的理解,同时对提高学生解决磁测量中的制样和调试问题有所助益.该实验研究也将在近代物理实验教学中发挥积极作用.

高温超导磁强计在瞬变电磁法中的应用研究

通过对高温超导磁强计的不断完善,研制出了适合在瞬变电磁法中使用的高温超导磁强计,实现了在瞬变电磁法中直接测量磁场的目的.同时开展了瞬变电磁法感应磁场的数据处理与解释技术研究,开发了瞬变电磁法感应磁场的电性成像软件,可以对使用高温超导磁强计作传感器测得的瞬变电磁感应磁场数据进行处理与电性成像.野外实验表明:高温超导磁强计工作稳定,在瞬变电磁法中使用高温超导磁强计比使用感应线圈做传感器提高了勘探深度.

三轴磁强计正交误差分析与校正

对三轴磁强计中由于三轴间不正交和灵敏度不一致所引起的测量误差进行了详细分析和理论计算,在此基础上,提出了三轴磁强计的正交变换,灵敏度一致性校正及消除零点漂移的方法并进行了实验验证。试验结果表明,文中给出的方法至少可以把三轴磁强计正交度误差校正到0.05°以下,同时灵敏度一致性误差校正到0.05%以下。

火星空间环境磁场探测研究——高精度磁强计

萤火一号卫星将对火星空间环境磁场实施探测。火星磁场对火星弓激波、磁鞘、电离层、大气等绝大多数空间环境效应都具有重要影响,萤火一号对火星磁场的探测是通过搭载于其上的科学载荷磁强计来实现的。此磁强计在工作原理及具体设计上,考虑了火星轨道严酷的工作环境和科学目标所需的测量要求。通过装星前的地面标定测试,验证了萤火一号磁强计可以在-130～75℃温度范围内测量±256nT以内的磁场,分辨率可达到0.01 nT,带宽内总噪声小于0.03 nT,能够满足萤火一号对火星空间环境探测的需求。

基于高斯牛顿迭代算法的三轴磁强计校正

三轴磁强计存在各轴刻度因子、零偏和轴间非正交性误差,需要研究其校正方法。基于标量校正法思想,对磁强计校正模型进行了推导,提出基于高斯牛顿迭代法的磁强计校正方法。采用高精度质子磁力仪提供磁场基准值。借助无磁转台转动磁强计,转动过程中磁强计连续采样,测量数据更具代表性和实用性。仿真结果表明,磁强计误差从162.135 nT降低到1.467 nT。实验结果表明,校正后,磁强计绕3个轴转动的测量值误差分别从1133.887 nT、1317.554 nT、1303.994 nT降低到36.964 nT、20.922 nT、15.664 nT。表明该方法能有效降低磁强计测量误差,磁强计精度明显得到提高。

基于磁强计的微小卫星姿态确定

针对极轨微小卫星,提出了一种基于磁强计的改进EKF算法。通过对仅利用磁强计确定卫星姿态时的误差来源进行分析,并且对磁强计量测模型做出了改进,并进行了适当的简化。在不明显影响精度的情况下,使得计算量得到了显著降低,数学仿真表明算法是收敛的、有效的。该算法具有极大的工程实用意义,对于EKF方法在低成本微小卫星的成功应用是一个有益的探索。

基于加速度计和磁强计的定向钻进姿态测量及方位校正

描述了用三轴加速度计与三轴磁强计测量地下钻头倾斜角、工具面向角和方位角的方法,给出了具体的系统结构和详细的姿态解算。针对由于钻具铁磁性材料引入干扰磁场对方位测量的误差,提出了利用当地地磁场进行方位角校正的方法,并给出仿真结果。结果表明,这种校正方法能够在不更换钻具即测量装置仍放在一段无磁钻铤内部的情况下,获得准确的方位角,因此可以大大减少无磁钻铤的长度,节省钻进成本。

姿态测试用磁通门磁强计的设计

简述了磁通门磁强计的工作原理 ,讨论了利用磁通门技术进行飞行体飞行姿态实时测量的磁通门磁强计姿态测试系统的基本原理、探头和电路的设计方法 .制作了三轴磁通门磁强计并进行了基础实验 。

高温超导双晶结垫圈型dc SQUID磁强计的研制

采用脉冲激光沉积法(PLD)在10x10mm2的SrTiO3双晶基片上制备了纯c取向的高温超导YBCO薄膜,薄膜表面平整,杂相颗粒少,在20μm尺度范围内,起伏在几个nm之内。通过标准光刻和离子束刻蚀工艺制备出了高温超导垫圈型双晶结dcSQUID磁强计。测试结果表明:磁强计有效面积达0 09mm2,在没有超导屏蔽的环境下,磁强计白噪声区磁场噪声达到333fT/Hz1/2。

基于加速度计和磁强计的方位测量与校正技术研究

根据随钻测量的要求,描述了基于三轴加速度计与三轴磁强计测量钻具方位的方法,并针对铁磁性材料造成干扰磁场对方位测量引入的误差,提出了两种利用当地地磁场进行方位校正的方法——直接校正法和间接校正法,前者通过校正公式直接进行校正,后者通过循环递推逐次收敛于真实的方位。在原理分析的基础上,得出具体的校正算法,并通过数据仿真进行验证。结果表明,两种校正方法均能消除钻具干扰磁场的影响,获得准确的方位角,因此可以大大减少无磁钻铤的长度,节省钻进成本。

基于磁强计和MEMS陀螺的弹箭全姿态探测

在对弹道修正弹箭进行弹道修正时,需要获取弹体的实时角速率、姿态信息。文中提出了一种采用磁强计和MEMS陀螺构建低成本姿态探测系统的方案,给出了利用地磁测量、陀螺测量和弹道先验信息解算弹体姿态的算法。设计并制造了原理样机,利用该样机和单轴转台对滤波器进行了测试。有限的转台试验表明:该方案精度高、稳定性好,是一种有应用潜力的弹箭组合定姿方案。

基于磁强计和陀螺的姿态测量方法

提出了一种采用磁强计和单轴微机械陀螺的低成本磁-惯性姿态测量方法.介绍了系统的基本组成及其工作原理.三分量磁强计固连在弹体上,三轴与弹体坐标系重合,单轴微机械陀螺安装在弹体轴线上;对陀螺测量的滚转角速率实时积分得到弹体滚转角,结合三轴磁强计输出的地磁分量测量值,通过求解姿态解算方程获得姿态信息.建立了弹体姿态解算数学模型,以某火箭弹为例,对该模型进行了仿真.误差分析表明:姿态角解算结果具有较小的误差,且误差不随时间积累.

基于MIMU和磁强计的在线实时定姿方法

针对航姿参考系统(AHRS)小型化、低成本工程实现的需要,基于微惯性测量单元(MIMU)及磁强计,提出了一种在线实时定姿方法,给出了详细的算法推导过程。该方法采用四元数法描述系统模型,采用优化的梯度下降算法对加速度计和磁强计测得的数据进行处理,并通过互补滤波器与陀螺仪测得的结果融合,提高姿态解算精度。通过在线测试对算法的静态及动态性能进行了评估,并与Kalman滤波算法进行了比较。结果表明该方法实现简单、参数调整方便、姿态跟踪误差小、运算量小、便于在嵌入式微处理器中实现在线实时定姿,具有较强的实用性。

基于FLANN的三轴磁强计误差校正研究

提出一种基于函数链接型神经网络(FLANN)的三轴磁强计误差修正方法。由于三轴非正交、灵敏度不一致及零点漂移所引起的误差降低了三轴磁强计的测量精度,因此有必要进行校正。本文先对与三轴磁强计系统参数有关的测量进行详细分析和理论计算;然后,设计矩阵形式的数学模型对该误差进行修正。通过构造相应的FLANN网络结构,实现对模型参数矩阵的辨识。用实际地磁场测量数据进行测试,结果表明,三轴磁强计的转向误差由800 nT修正到12 nT以下。因此,该研究为提高三轴磁强计性能提供了一种可行方法。

高温超导磁强计的研制及在TEM上的野外试验

文中介绍了高温超导磁强计的工作原理、特点、所研制的高温超导磁强计的性能指标以及在研制高温超导磁强计的过程中所解决的关键问题 ,定性地分析了高温超导磁强计在瞬变电磁法 (TEM)上应用的优势。在河北固安以高温超导磁强计做探头和使用传统感应线圈做探头在瞬变电磁法 (TEM)上进行了野外对比试验。试验结果表明 ,把高温超导磁强计应用于瞬变电磁法 (TEM )