時(shí)間差型磁通門傳感器理論建模與實(shí)驗(yàn)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(chǎng)測(cè)量設(shè)備，具有穩(wěn)定性好、分辨率高，可以檢測(cè)矢量磁場(chǎng)等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)間差型磁通門傳感器利用周期飽和磁化的磁芯在被測(cè)磁場(chǎng)影響下停留在正負(fù)飽和狀態(tài)時(shí)間的不同，達(dá)到檢測(cè)磁場(chǎng)的目的，從原理上避免了奇次諧波噪聲的影響。并且時(shí)間差型磁通門具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，是磁通門研究的一個(gè)新的方

2、向。
　　本文分析了時(shí)間差型磁通門探頭磁芯材料及結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，提出了新型的磁滯模型，完成了時(shí)間差型磁通門傳感器的設(shè)計(jì)與測(cè)試工作。并根據(jù)軟磁材料雙勢(shì)阱特性，設(shè)計(jì)了噪聲驅(qū)動(dòng)磁通門傳感器，并對(duì)其性能進(jìn)行了測(cè)試。論文的主要研究工作包括以下內(nèi)容:
　　(1)在分析時(shí)間差型磁通門探頭磁芯材料、激勵(lì)磁場(chǎng)、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(jìn)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(hào)和動(dòng)態(tài)磁導(dǎo)率曲線之間的關(guān)系，通過(guò)研究Brillouin磁滯修正模型各參數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)磁導(dǎo)率曲線形狀的影響，給出了時(shí)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(chǎng)對(duì)時(shí)間差型磁通門傳感器輸出的影響，為探頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。
　　(3)設(shè)計(jì)了基于FPGA的激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生、信號(hào)調(diào)理、時(shí)間差讀取等電路，對(duì)不同磁芯材料、尺寸、結(jié)構(gòu)的探頭進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，制作了傳感器原理樣

4、機(jī)，其性能測(cè)試結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)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(shì)阱特性，建立了高斯白噪聲信號(hào)驅(qū)動(dòng)下的雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的定態(tài)躍遷率和磁場(chǎng)之間的關(guān)系。仿真分析了被測(cè)磁場(chǎng)、周期激勵(lì)磁場(chǎng)、噪聲強(qiáng)度等因素對(duì)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(hào)復(fù)合驅(qū)動(dòng)下的新型磁通門傳感器輸出信號(hào)和被測(cè)磁場(chǎng)之間的關(guān)系，為噪聲驅(qū)動(dòng)的磁通門傳感器設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
　　(5)根據(jù)噪聲驅(qū)動(dòng)磁通門的原理，設(shè)計(jì)了高斯白噪聲和弱