(完整版)磁通门技术
基于磁通门技术的车辆导航系统
基于磁通门技术的车辆导航系统
庞发亮;石志勇;张丽花;曹征
【期刊名称】《兵工自动化》
【年(卷),期】2006(25)2
【摘要】基于磁通门技术的车辆导航系统,由航向及姿态角传感器、路程发送器和计算机组成.用于测量车辆航向角、姿态角及车辆行驶距离、解算航向角及姿态角、定位车辆、管理地图和车辆位置在地图上的显示.车辆定位采用航位推算法,在已知载体初始位置坐标时,经实时采集车辆行驶方向、车体纵倾角和车体行驶距离,将短时间内载体行驶路线视为直线,将三维行驶路线投影到平面,以此确定载体在平面内
的位置坐标.
【总页数】3页(P3-4,8)
【作者】庞发亮;石志勇;张丽花;曹征
【作者单位】军械工程学院,火炮工程系,河北,石家庄,050003;军械工程学院,火炮工程系,河北,石家庄,050003;军械工程学院,火炮工程系,河北,石家庄,050003;军械工
程学院,装备部,河北,石家庄,050003
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.25
【相关文献】
1.基于磁通门/GPS组合的车辆导航系统滤波技术 [J], 王怀光;石志勇;李国章;傅建平
2.基于蓝牙技术的微型车辆导航系统 [J], 熊慧;刘建业;孙永荣
3.基于嵌入式技术的GPS车辆导航系统 [J], 李国连;刘万军
4.基于车辆导航系统的空间数据管理及其应用技术 [J], 李畅;娄智勇;吴鸿敏
5.基于磁通门技术的转子位置传感器设计 [J], 周俊鸿; 樊志华; 黄晶晶; 刘娜
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磁通门电流传感器的多点零磁通技术
品 可 广 泛 应 用 于 仪 器 仪 表 制 造 商 、充 电 桩 制 造 企 业 、电 动 汽 车 制 造 商 、光 伏 逆 变 器 制 造 商 、高 精 度 直 流 电 源 制 造 商 、
磁通门 加计 -回复
磁通门加计-回复磁通门是一种磁学器件，也称为加计（Gate），它在现代电子技术和通信领域中得到广泛应用。
磁通门的原理基于磁场的作用力，借助于磁性材料的输入、输出终端之间的耦合效应，实现信号的放大、开关、计数等功能。
本文将一步一步回答关于磁通门和加计的内容，希望能对读者有所启发。
第一步：介绍磁通门的基本原理磁通门的基本原理是基于电感耦合效应实现的。
在磁通门中，由输入线圈产生的磁场能够通过耦合磁芯传递到输出线圈，从而在输出线圈上感应出相应的电压或电流信号。
磁通门的输入和输出之间是通过磁芯进行耦合的，这种耦合效应可以调节电感系数，从而实现信号的放大、开关等功能。
第二步：磁通门的结构和工作方式磁通门通常由磁芯、线圈和控制装置组成。
磁芯是一个磁性材料制成的环状结构，具有高导磁率和低磁导率。
线圈则是通过电流激励产生磁场，从而控制磁通门的工作。
控制装置可以是控制电流源、电压信号源等，用于调节输入信号和输出信号的大小和方向。
磁通门的工作方式通常分为开关模式和放大模式两种。
在开关模式下，输入线圈中的电流通过磁芯产生磁场，这个磁场又会耦合到输出线圈中，从而使输出线圈上产生感应电压或电流信号。
在放大模式下，输入信号经过放大电路处理后，通过输入线圈产生磁场，这个磁场又会被放大电路耦合到输出线圈中，从而使输出信号得到放大。
第三步：加计的应用领域加计作为磁通门的一种特殊形式，主要应用于数字电子技术和通信领域。
在数字电子技术中，加计常被用作数字信号的开关、放大、计数等功能的实现。
在通信领域中，加计常被用于放大和开关射频信号、调制解调、信号匹配等方面。
第四步：磁通门和其他器件的对比在功能上，磁通门与传统的晶体管、集成电路等器件相比具有一定的优势。
首先，磁通门的输入和输出之间是通过磁场耦合实现的，而不是通过电流或电压的传输，因此可以实现高速、高效的信号处理。
其次，磁通门的结构简单，大小小，适合于集成电路的制造。
然而，磁通门也存在一些不足之处。
一种便于推广应用的磁通门技术
报 ＿ 吾
（ ＳＩ Ｓ ｓｅ Ｌａ ＶＬ ＆ ｙ ｔｍ ｂ。Ｓｃ ｏ ｌ ｆ Ｅｌｃｒｎ ｃＩ ｆ ｒ ｔｏ ＆ Ｃｏｏｖ ｌＥｎ ｎｅ ｉｇ，Ｂｅｊｎ ｉｅｓｔ ｈ ｏ ｅ ｔｏ ｉ ｎ ｏ ｍａ ｉｎ ｏ ｒ ｔｏ ｇｉｅ ｒｎ ｉｉｇ Ｕｎ ｖ ｒｉ ｙ ｏ Ｔｅｈ ｏ ｏ ｙ，Ｂｅｊｎ ０ ０ ２，Ｃ ｉａ） ｆ ｃ ｎ ｌｇ ｉｉｇ １ ０ ２ ｈｎ
北 京 １０ ２ ） ０ ０ ２
摘仪 要
，
卟 次 谐 波 磁 通 门具 有 很 多 优 点 ， 其 在 弱 磁 场 测 量 领 域 获 得 广 泛 应 用 。但 它 对 设 计 、 料 和 制 作 工 艺 要 求 高 ， 般 产 品 二 使 材 一
的精 度 在 ±２ 左 右 。采 用 新 材 料 、 工 艺 制作 的精 品其 精 度 可 达 ±０ ５ ， 新 ． 但造 价较 高 。新 研 制 的 调 相 法 磁 通 门 不 仅 具 有 二 次 谐器 通 门 的那 些 优 点 ， 波磁 而且 结 构 更 简 单 ， 工作 更稳 定 ， 结 构 和制 作 工 艺要 求 不 高 ， 对 精度 较 容 易达 到 ， 优 于 士０ ５ 。 且 ． 关ｆ 词 磁 通 门 坡 莫 合 金 交 流 过 饱 和 励 磁 非 对称 调制 作 用 调 相 法 键
ｆｕ ａ ｅ ｔ ｅ ｃ ｅ ｉｉ ｎ ｏｆ－ Ｏ ｌ ｘｇ ｔ ｏ ｒ ａ ｈ ａ ｐｒ ｃ ｓｏ － ．５ ＿ ４ － ｏｒｂｅ ｔ ｒ ｔｅ ．
Ｋｅ ｒ ｓ ｆ ｕ ｇａ ｅ ｐｅ ｍａ ｌ ｙ ｏ ｅ ａ ｕｒ ｔ ｄ ｅ ｉａ ｉ ｎ ｎｏ — ｙ ｍｅ ｒｃ ｍｏ ｌ ｔｏ ｐｈ ｓ ｏ ｌ ｔｏ ｙ ｗｏ ｄ ｌ ｘ ｔ ｒ ｌｏ ｖ ｒｓ ｔ ａ ｅ ｘｃｔ ｔｏ ｎｓｍ ｔ ｉ ｄｕ ａ ｉ ｎ ａ ｅ ｍ ｄｕ ａ ｉ ｎ
磁通门
磁通门磁力仪应用前景：磁通门磁力仪，小巧轻便，灵敏度高，功耗低，能测定任方向,连续读数，性能稳定，电路也比较简单，自发明起就就广泛地应用于各种领域。
在航空磁测方面，磁通门磁力仪用作磁干扰的补偿，与光泵磁力仪配合，使光泵磁力仪有更大的精度。
同时军舰中，也广泛的使用磁通门磁力仪作为磁干扰补偿。
磁通门尤其适用于微弱磁场的测量，我国将磁通门磁力仪应用于卫星的姿态控制以及开发高精度卫星。
磁力梯度仪是探索地下铁管的有力武器。
可以在光纤电缆上,每隔一段距离放一块铁氧体的永磁钢,就可以用磁通门磁力梯度仪追踪检查。
成本低，具有很大的推广空间。
地面磁法勘探以前主要用的是是丝悬式磁力仪，现在已经被磁通门磁力仪所取代。
磁通门技术已经在石油钻井随钻测量中,得到了大量的应用。
关键问题：磁通门磁力仪分位两个部分，一个是磁通门传感器。
一个是电路。
磁通门探头磁芯有圆形的、单片的、双片的、跑道形的、还有双圆形的、双跑道形的。
最古老、最原始的探头就是在坡莫合金外面绕上激励线圈和讯号线圈构成的传感器，这种探头的基波分量很大，为选出二次谐波分量，必须改进电路，提高选频能力。
为了突出二次谐波分量、抑制基波分量，就用圆探头或跑道形探头，两边对称。
目前比较广泛应用的，三端式也是由跑道形探头变化而来的。
磁通门磁力仪的关键部件是探头，而探头的好坏，关键在坡莫合金。
二端式磁通门陶瓷骨架探头，采用高硬度高电阻高磁导合金1J87。
为了提高信噪比，降低噪声，三端式磁通门探头较简单，在坡莫合金热处理后再卷绕到骨架上去。
三端式磁通门磁力仪：三端式磁通门磁力仪的电路最简单。
由于探头特性好，基波分量小，对选频要求低，而且不需要移相器，电路特别稳定,功耗低，非常适合野外工作。
现在大量用于随钻测斜仪,地面磁通门磁力仪,星的姿态控制。
磁通门磁力仪工作原理、结构与使用
磁通门磁力仪磁通门式磁敏传感器又称为磁饱和式磁敏传感器。
它是利用某些高导磁率的软磁性材料(如坡莫合金）作磁芯，以其在交直流磁场作用下的磁饱和特性及法拉第电磁感应原理研制的测磁装置。
这种磁敏传感器的最大特点是适合在零磁场附近工作的弱磁场进行测量。
传感器可作成体积小，重量轻、功耗低，既可测T、Z，也可测ΔT、ΔZ，不受磁场梯度影响，测量的灵敏度可达 0．01 nT，且可和磁秤混合使用的磁测仪器。
由于该磁测仪对资料解释方便，故已较普遍地应用于航空、地面、测井等方面的磁法勘探工作中，在军事上，也可用于寻找地下武器（炮弹、地雷等）和反潜。
还可用于预报天然地震及空间磁测等。
4.1磁通门式磁敏传感器的物理基础（一）磁滞回线和磁饱和现象铁磁性材料的静态磁滞回线，如图1．35所示。
在图中当磁化过程由完全退磁状态开始，若磁化磁场等于零，则对应的磁感应强度也为零。
随着磁化磁场H的增大，磁感应强度B亦增大，扭曲线OA段所示。
但当H增加到某一值Hs之后，B就几乎不随H的增加而增强，通常将这种现象称作磁饱和现象。
开始饱和点所对应的Bs、H。
，分别称作饱和磁感应强度和饱和磁场强度。
图1.35 静态磁滞回线示意图当H增加到Hs后，如使H逐渐减小下来，磁感应强度也就随之减小下来。
但实践证明，一般这种减小都不是按照AO所示的规律减小，而是按照AB所示的轨迹进行，并且当磁场H 减小到零时，磁感应强度B并不等于零，也就是说磁感应强度的变化滞后于磁场H的变化，这种现象称为磁滞现象。
当H由H S减小到零时，B所保留的值Br被称作最大剩磁，之所以叫最大剩磁是由于H 从小于Hs的不同值减小到零，其所对应的剩磁也是不同的，但以H从Hs减小到零时所对应的剩磁Br最大。
欲使剩磁去掉，就需加一个与原磁化磁场相反的磁场，如OC段所示。
线段OC即表示使磁感应强度B恢复到零时所需要的反向磁场强度，这一场强通常称为矫顽力，并用Hc表示。
最大剩磁Br饱和磁感应强度Bs饱和磁场强度Hs及矫顽力Hc是磁性材料的四个重要参数，在设计制造磁力仪器时，必须予以重视。
磁通门测量磁场的工作原理
磁通门测量磁场的工作原理一、磁通门结构磁通门主要由两个磁环组成，称为主磁环和探测磁环。
主磁环是一个环形磁芯，内部绕有分别与其匹配的两个线圈，分别为激励线圈和探测线圈。
探测磁环则是一个绕在主磁环外的环形磁芯，内部也绕有同样的两个线圈，但与主磁环的线圈相比，其线圈的匝数一般要少一些。
二、磁通门原理磁通门的测量原理基于磁滞回线的特性，即磁场由强逐渐增强至极大值再逐渐减小至零值时，磁性材料内部所含磁通量的变化过程。
当这个过程呈现出饱和状态时，磁通量存在一个极大值。
根据法拉第电磁感应定律，当外加的交变磁场通过磁通门时，会在其内部诱发探测线圈中的感应电动势信号。
三、磁通门工作过程在实际使用过程中，磁通门测量磁场一般采用“对差式”的方法，即在一个磁通门上设置两个探测线圈，分别位于主磁环两端，探测线圈间的信号进行差分运算后输出。
当磁通门中没有外加磁场时，其两个探测线圈的输出信号应当相等，称为零基准状态。
如果有外加磁场，由于磁通门内磁性材料中的磁滞效应，会导致探测磁环中的磁通量发生变化，从而引起探测线圈的感应电动势信号的不同。
这种不同的信号将被检测器采集并放大，形成输出信号，经过处理和转换后得到磁场的强度。
四、总结磁通门测量磁场的工作原理基本上是基于磁性材料磁滞回线的磁通量变化特性。
它利用磁通门内部磁性材料由于外加磁场而产生的磁滞效应，通过差分探测线圈的信号，实现了高精度的磁场测量。
在实际应用中，磁通门具有体积小、重量轻、功耗低、响应快、抗干扰能力强等优点，因此被广泛应用于磁场测量的诸多领域，如磁力计、环境磁场测量、地球物理勘探、地磁场测量等。
磁通门是一种非常灵敏的磁场传感器，具有高精度和低成本等优点，使得它被广泛应用于科研、工业领域和日常生活中。
下面我们将介绍该传感器在不同领域的应用。
1. 磁力计磁通门可以用作磁力计来测量物体的磁场。
在无线充电器、手机和平板电脑等设备中，磁通门常常被用作磁力计来测量设备的方向和运动。
磁通门电流传感器构成及工作原理
磁通门电流传感器构成及工作原理磁通门电流传感器构成及工作原理磁通门传感器是利用被测磁场中高导磁率磁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的。
这种物理现象对被测环境磁场来说好像是一道“门”，通过这道“门”，相应的磁通量即被调制，并产生感应电动势。
利用这种现象来测量电流所产生的磁场，从而间接的达到测量电流的目的。
1、磁通门电流传感器工作原理图1:磁通门绕组结构图下面本文以结构简单并且应用较广泛的一种单绕组磁通门进行介绍。
如图1所示:环形磁芯上绕有线圈，此绕组即作为激励绕组又作为测量绕组，所测电流从磁环中间穿过。
图2:普通磁环B—H曲线一般磁性材料都有S形状曲线的特性，称之为磁滞回路(hysteresis loop)，如图2所示。
此磁滞回路曲线建立在B—H的坐标轴上，为磁性材料遭受完全磁化与非磁化周期，图示为典型磁滞曲线的铁心，如果曲线由a 点开始，此点表示最大正磁化力，至b点磁化力为零，然后下降至c点为最大负磁化力，再至d点磁化力为零，最后返回最大正磁化力的a点，此即为整个磁性周期。
高导磁率、低矫顽力磁芯的磁滞回线如图3所示。
图3:高u磁环的B—H曲线当我们在磁环导线中加入电流分量后，电流所产生的磁场会使原本对称的B-H磁滞回线会改变中心线变成如图4所示形状。
图4:加入直流的高u磁环B—H曲线假设激励磁场强度为:Hmcosωt，就能得到磁通门磁芯上的总磁场强度为:……1 式中: H 0——为导线电流在环形磁芯上的磁场强度; H m——为激励磁场强度幅值; ω——为激励场角频率。
则线圈中的感应电动势:……2 式中: N——为绕组线圈匝数; S——为环形磁芯的截面积; uTd——为磁芯物质的微分磁导率。
根据磁饱和特性，当H0 =0时，H(t)= Hm cosωt，在磁饱和作用下磁感应强度为:……3 式中:Ba为磁化曲线饱和段延长线在B 轴上的截距，显然，B(t)是对时间轴上下对称的平顶波，根据傅里叶级数分析，它只含奇次谐波不含偶次谐波。
(完整版)磁通门技术
e=( )=－2π× f1W2S (2μ2msin4πf1t +4μ4msin8πf1t +6μ6msin12πf1t +...) (8)
式(8)证明只要铁心磁导率μ随激磁磁场强度而变,感应电势中就会出现随环境磁场强度而变的偶次谐波增量e(HOL)。
当铁心处于周期性过饱和工作状态时,e(HOL)将显著增大。利用这种物理现象就可以测量环境磁场。但与变压器效应相比较,其感应线圈输出的磁通门信号。e(HOL)相当微弱。为实现精确测量,可设计成差分输出探头来消除磁通门探头变压器效应的感应电势。
磁通门是一种磁测量传感器。由于它在动目标中可以极敏感地感应地磁强度,早在本世纪30年代就被应用于航磁测量部门。近20年来,在物理学、电子技术、金属冶炼等方面取得的巨大成果,使磁通门在弱磁测量、抗电磁干扰、耐高温、可靠性、寿命、价格方面取得了前所未有的进展。在地质勘探和石油钻井中,包括磁通门在内的敏感元件提供的有关钻头前进方向的信息,使按设计井身轨迹实现高质量定向—水平钻井成为可能。
磁通门技术原理
磁通门 加计 -回复
磁通门加计-回复什么是磁通门？磁通门（Flux Gate）是一种用于测量磁场强度的仪器。
它是基于磁通量变化原理的电子设备，广泛应用于磁测量、地磁探测、航海导航等领域。
磁通门通过使用磁通量传感器和电路控制系统来测量磁力线的强度。
磁通门的工作原理是什么？磁通门的工作原理基于法拉第定律和霍尔效应。
它使用一个由两个磁体组成的线圈，当线圈中通过电流时，会产生一个磁场。
通过改变线圈中的电流，可以改变线圈产生的磁场强度。
当磁通门处于一个外加磁场中时，外加磁场的磁力线会穿过磁通门线圈。
根据法拉第定律，当外加磁场的磁力线穿过线圈时，会产生感应电动势。
这个感应电动势与外加磁场的强度成正比。
磁通门的磁传感器测量线圈中的感应电动势，进而测量出外加磁场的强度。
磁通门的测量精度如何？磁通门的测量精度受到许多因素的影响，包括磁通门自身的噪声、电源波动、温度变化以及周围磁场的干扰等。
为了提高磁通门的测量精度，工程师们在设计中采取了一系列的措施。
首先，磁通门使用高灵敏度的磁传感器来测量感应电动势，从而提高测量的精度。
其次，磁通门采用了特殊的电路设计，用于对测量信号进行放大和滤波。
这样可以提高信号的充分利用，同时减小噪声的干扰。
另外，磁通门通常还会进行温度补偿。
由于环境温度的变化会对磁通门的测量结果产生影响，通过在设计中引入温度传感器，并利用软件算法对测量结果进行修正，可以提高测量的准确性。
最后，磁通门还会采取一些物理措施来减小周围磁场的干扰。
例如，将磁通门线圈安放在一个磁屏蔽盒内，用以防止外界电磁场的干扰。
磁通门在哪些领域应用广泛？由于磁通门能够准确测量磁场强度，因此在许多领域得到了广泛应用。
首先是地磁探测。
地磁探测是研究地球磁场和地幔磁性结构的重要手段，磁通门可以用于测量地磁场的强度和方向，从而揭示地球内部的磁性结构和地球磁场变化的规律。
其次是航海导航。
磁通门被广泛应用于航海导航领域，用于测量磁场强度和指南针的方向。
通过对船舶上的磁通门数据进行分析，可以确定船舶的航向，为船舶导航提供准确的方向信息。
磁通门电流测量基本原理
|时，磁芯处于磁导率线性区，此时磁导率 是一个常数；当激励磁 |时，磁芯周期性的处于磁导率线性区和非
线性区，此时磁导率 是一个随磁场强度大小变化而变化的变量。图 3 所示是磁 芯磁感应强度随着激励磁场强度变化而变化的曲线。
图 2 磁芯磁导率随磁场变化曲线
（b）
图 3 磁芯磁感应强度随磁场强度变化曲线
而使两根磁芯产生的磁通电动势叠加，从而提高了磁通门的测量精度。
图 4 双芯型磁通门结构图
当对图 4 所示的双芯型磁通门加以角频率为 的正弦激励信号， 并且假设激 励线圈在上半磁芯产生的磁场 的总磁感应强度 如下： 与待测量环境磁场 方向相同时，上半磁芯内 (7)
B = m ( H x + H e ) = m ( H x + H m sin w t )
N
。
He
U0 H0
图 1 单磁芯磁通门工作原理
对激励线圈加以角频率为 的正弦激励电流，产生激励磁场
： (1) (2)
He = Hm sinw t
式中：
为激励磁场强度幅值。则可推导出磁芯内部的磁感应强度 如下:
B = m ( H 0 + H e ) = m ( H 0 + H m sin w t )
¥ i =1
(5)
利用三角形函数的积化和差公式对式 5 进行整理， 可得单芯磁通门的输出电 压如下：
U o = NSH 0w å 2mi sin 2iw t - NSH m å im m é ëcos(2i + 1)w t - cos(2i - 1)w t ù û
i =1 i =1
¥
¥
1 - NSH m å mi é ë cos(2i + 1)w t - cos(2i - 1)w t ù û - NSH m m d cos w t 2 i=1 mi é ëcos(2i + 1)w t - cos(2i - 1)w t ù û - NSH m m d cos w t 2 i =1
磁通门 加计 -回复
磁通门加计-回复什么是磁通门加计？磁通门加计（flux gate magnetometer）是一种常见的磁强计，用于测量磁场的强度和方向。
它是通过测量磁场对传感器线圈所产生的磁通变化来实现的。
该技术广泛应用于各种领域，包括地球科学、宇航、导航和矿产勘探等。
磁通门加计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。
当一个导线被磁场穿过时，导线内的电子会受到磁场的作用而移动，从而产生感应电流。
根据安培定律，感应电流会生成一个磁场，与外部磁场相互作用。
当外部磁场改变时，感应电流和磁场的变化也会随之改变。
磁通门加计通过将线圈绕在一个磁芯上，来增强感应电流的产生。
这个磁芯由可透磁性材料制成，可以将外部磁场引导到线圈中。
磁芯的几何形状使得外部磁场的变化集中在绕线圈的区域内。
当外部磁场改变时，磁通门加计量测到的感应电流和磁场变化会随之改变。
通过测量这种电流变化，可以确定外部磁场的方向和强度。
磁通门加计通常由两个相互垂直的线圈组成，以便测量磁场的三个分量（水平、垂直和东西向）。
每个线圈都被称为一个磁通门传感器。
当磁场的方向沿着线圈之间的相对变化时，传感器中的磁通变化会导致感应电流的变化。
通过分析这些变化，可以计算出磁场的方向和强度。
磁通门加计具有高灵敏度和高稳定性的特点，可以测量极弱的磁场。
由于其几何结构和工作原理的特殊性，磁通门加计对于内部和外部磁场的干扰也相对不敏感。
因此，它是进行地球磁场测量以及宇航和导航导向的理想选择。
在地球科学中，磁通门加计广泛应用于地球磁场测量和地磁探测。
通过测量地球磁场的变化，科学家们可以研究和了解地球内部的结构和磁场活动。
此外，磁通门加计还可以用于地震监测和地壳运动的研究。
在宇航领域，磁通门加计用于火星和月球等行星的勘探任务。
通过测量行星表面的磁场，科学家们可以研究行星的地质活动和演化历史。
此外，磁通门加计还被广泛应用于卫星和太空探测器的导航和定位。
在导航和矿产勘探领域，磁通门加计可以用于确定物体的方位和位置。
磁通门 加计 -回复
磁通门加计-回复什么是磁通门？如何进行加计？磁通门（flux gate magnetometer）是一种常见的磁场测量仪器，通常用于地球磁场测量、磁导航和磁异常勘探等领域。
其原理是利用磁传感器对磁场进行测量，通过测量磁场的变化来获得相关的信息。
下面将介绍如何进行磁通门的加计，也就是对磁通门仪器进行校准来提高精度和准确性。
第一步：选择适当的校准场校准场是用来模拟已知磁场的场地。
选择一个远离可能干扰磁场的地点，如远离金属结构、电源线等，以确保测量数据的准确性。
同时，校准场的磁场强度应该大致在磁通门仪器可以测量的范围内。
第二步：放置和定位磁通门仪器将磁通门仪器放置在校准场中，并进行适当的定位。
磁通门通常是由一对磁芯环组成，为了获得最佳的测量结果，应将其安装在平面上，使得磁芯环的轴线与地球磁场的方向平行。
第三步：记录初始测量值在进行校准之前，首先需要记录磁通门仪器在校准场中的初始测量值。
这个值可以作为后续测量结果的基准。
第四步：增加校准电流磁通门加计的关键是通过施加校准电流来改变磁通门仪器所测量的磁场。
校准电流的大小和方向需要根据仪器的具体要求进行调整。
第五步：记录加计后的测量值在施加校准电流之后，记录磁通门仪器测量到的磁场值。
这个值与初始测量值之间的差异代表了加计效果，可以通过这个差异来校准仪器。
第六步：计算校准参数根据加计前后的测量结果，可以计算出校准参数。
校准参数通常是根据加计前后测量值之间的比例关系进行计算，包括增益和偏移等。
第七步：应用校准参数将计算得到的校准参数应用于磁通门测量，以修正仪器的测量结果。
可以将校准参数保存到仪器的设置中，以便在后续的测量中进行自动校准。
第八步：验证校准效果校准完成后，需要对磁通门仪器进行验证以确保校准效果。
选择另一个已知磁场的场地，进行测量并与该场地的真实值进行对比。
如果测量结果与真实值非常接近，表明校准效果良好。
通过以上步骤，可以完成磁通门的加计过程。
加计可以提高磁通门仪器的精度和准确性，使其在地球磁场测量和其他应用中更为可靠。
磁通门电流测量基本原理
(11)
由上式可知，磁通门的输出信号，是只含有偶次谐波的交流信号，而且与被 测量磁场 呈正比关系。
值得注意的是，以上推导过程建立在两根磁芯参数（包括形状参数）完全一 样以及上下磁芯激励线圈参数完全一样的基础上。 因此在实际设计和应用过程中 也应该保证上下磁芯和激励线圈参数完全一样。 c) 环形磁通门传感器数学模型[1,2] 环形磁通门可以看作双芯磁通门的延伸， 是一种差分结构的平行磁通门。 环 形磁通门具有良好的对称性，且形成了闭合回路，具有低噪声特性。
B1 = m ( H 0 + H m sin w t )
磁通门感应线圈输出的感应电动势 如下：
B2 = m ( H 0 - H m sin w t )
(12)
U =-
M æ dB1 dB2 ö dm Aç + = MAH 0 2 è dt dt ÷ dt ø
¥
(13)
结合前面两小节的分析，可以得线圈输出的磁感应电动势如下：
(4)
式中，
为磁导率中直流成分， 是各2 次谐波分量幅值。将式 4 代入式 2
可得如下表达式：
U o = NSH 0w å 2 mi sin 2iw t + NSH mw sin w t å 2 mi sin 2iw t
i=1 i=1
¥
¥
æ ö - NSH m ç m d + å mi cos 2iw t ÷ cos w t è ø
¥ i =1
(5)
利用三角形函数的积化和差公式对式 5 进行整理， 可得单芯磁通门的输出电 压如下：
U o = NSH 0w å 2mi sin 2iw t - NSH m å im m é ëcos(2i + 1)w t - cos(2i - 1)w t ù û
基于三端式磁通门技术的航空货运磁检仪
基于三端式磁通门技术的航空货运磁检仪孙健【摘要】由于微弱的杂散磁场对飞机的导航系统和控制信号均有干扰,国际航空运输争则(Intemational Air Transport Assoc}ation简称IATA)将磁性货物列为第9类危险品,在收运时加以限制.该文重点阐述一种适用于对空运货物进行杂散磁场检测的磁检仪的设计.【期刊名称】《上海计量测试》【年(卷),期】2010(037)001【总页数】3页(P24-25,29)【关键词】磁检仪;三端式磁通门传感器;硬件电路【作者】孙健【作者单位】上海大学机电工程与自动化学院【正文语种】中文由于微弱的杂散磁场对飞机的导航系统和控制信号均有干扰，国际航空运输守则（International Air Transport Association简称IATA）将磁性货物列为第9类危险品，在收运时加以限制。
该文重点阐述一种适用于对空运货物进行杂散磁场检测的磁检仪的设计。
0 引言根据IATA Packing Instruction 902相关条款的规定：如果距被测物2.1 m(7ft)处测得的最大磁场强度不超过0.159A/m(200nT)，则该物品不作为磁性物质受到限制，可以作为普通货物收运。
所以必须对一些带有磁性物质的空运货物进行磁性检测，防止由于此行货物的杂散磁场干扰飞机的导航系统和控制信号，确保飞机的安全飞行。
文中将分析一种基于三端式磁通门传感器的航空货运测磁仪工作原理及其设计思路，重点研究硬件电路的设计，最后探讨其在航空货运磁检领域中的应用方法。
1 三端式磁通门传感器工作原理传感器决定着磁检仪的测量准确性，必须严格制作筛选并正确安装。
三端式磁通门传感器是利用高导磁铁芯在饱和交变励磁下选通调制铁芯中的直流磁场分量，并将直流磁场变为交流电压输出进而达到测量磁场的目的。
其结构（如图1）较为简单，探头特性好，基波分量少，可采用方波作为激励，从而简化了信号调理电路的复杂程度，具有更高的灵敏度、精度和稳定性。
磁通门技术及其应用
磁通门技术及其应用
郭爱煌;傅君眉
【期刊名称】《传感器与微系统》
【年(卷),期】2000(019)004
【摘要】磁通门是测量环境磁场的系统,它利用高磁导率、低矫顽力的软磁材料铁芯在激磁作用下,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,通过高性能的滤波器测量偶次谐波分量.磁通门的典型应用是载体姿势方位的测量,实际应用中结构参数校正是十分重要的.
【总页数】4页(P1-4)
【作者】郭爱煌;傅君眉
【作者单位】西安交通大学,电信学院微波工程与光通信研究所,陕西,西安,710049;西安交通大学,电信学院微波工程与光通信研究所,陕西,西安,710049
【正文语种】中文
【中图分类】TM936.2
【相关文献】
1.磁通门技术在导航系统中的应用 [J], 顾鹏
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4.CTM-DI磁通门经纬仪观测技术简介及其应用 [J], 孙海军;范素琴;李祥伟;巴克·买买提;热汗古·衣明克力木
5.一种便于推广应用的磁通门技术 [J], 何焱;吴武臣;丁广玉
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μ(t)=μ0m+μ2mcos4πf1t +μ4mcos8πf1t +...(5)
式中:μ0m为μ(t)的常值分量;μ2mμ4m分别为μ(t)的各偶次谐波分量幅值。
将式(5)代入式(4),得：
e =2π× f1W2SHm[(μ0m+0.5μ2m)sin2πf1t +1.5×(μ2m+μ4m)sin6πf1t +2.5×(μ4m+μ6m)sin10πf1t +... (6)
磁通门技术
国内外研究现状
磁通门是利用被测磁场中高导磁铁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的一种传感器。磁通门传感器也称磁强计，由探头和接口电路组成，具有分辨率高(最高可达10-11T)、测量弱磁场范围宽(在10-8T以下)、可靠、简易、经济、耐用、能够直接测量磁场的分量和适于在高速运动系统中使用等特点。磁通门传感器的研究起始于1928年，几年后才出现了利用磁性材料自身磁饱和特性的磁通门磁强计，它被用来测量1mT以下的直流或低频交流磁场。1936年，Aschenbrenner和Goubau称达到了0.3nT的分辨率。在第二次世界大战中，用于军事探潜的磁通门传感器有了较大的发展。
式中:Hm为激磁磁场强度幅值;f1为激磁电源频率。则式(1)变为
e =2π× μW2SHmsin(2π t) (3)
这是理想变压器效应的数学模型。
实际变压器效应数学模型应为：
e =2π× f1(t)W2SHmsin(2πf1t)－ W2SHmcos(2πf1t) (4)
然而,铁心磁导率μ(t)无正负之分,是个偶函数。将μ(t)展为傅立叶级数时,可得：
在未认定S、μ、H和W2中的任一参数为不变量，根据法拉第电磁感应定,感应线圈上应产生的感应电势为：
e=-10 （W2μHS）（1）
如果S和W2都不变,铁心远离饱和工作状态,其磁导率μ常数,这个物理模型中的感应电势e将仅仅是激磁磁场强度H变化的结果。如果激磁磁场强度
H=Hmcos(2πf1t) (2)
存在的问题
电流测量方法主要包括：分压电阻、电流互感器、霍尔电流传感器、Rogowski线圈(罗氏线圈)、磁通门电流传感器、磁阻电流传感器。其中霍尔电流传感器和磁通门电流传感器能够检测交流和直流。霍尔电流传感器能够检测几千安培的电流，精度范围在0.5%和2%之间，但是霍尔电流传感器的检测精度受温度和外界磁场影响较大，这就限制了霍尔元件的应用范围[6]。
由上可知,考虑铁心磁导率产的变化后感应电势,将出现奇次谐波分量。考虑环境磁场实际施加在铁心轴向的分量HOL时,式(4)将变成：
e=2π× f1μ(t)W2SHmsin(2πf1t)－ W2SHmcos(2πf1t)－ W2SHOL(7)
当 比铁心饱和磁场强度 和激磁磁场强度幅值Hm都小得多时,它对铁心磁导率μ(t)的影响可以忽略。单独由HOL引起的感应电势e的增量eHOL为:
微型磁通门传感器的研究方向如下：①系统化，将探头与接口电路完全集成在一个芯片上，制成真正的磁通门MEMS系统;②阵列化，根据需要在一个芯片上制作一系列磁通门探头不仅可以提高传感器的性能，也可完成某些特定的功能，如制作微型磁罗盘;③利用微加工技术，从而提高磁通门传感器的性能，特别是磁芯的性能;④利用计算机模拟与仿真软件对磁通门的接口电路进行模拟优化，提高电路的性能;⑤利用计算机对微型磁通门探头结构进行模拟计算，以缩短设计周期，提高研究效率，进一步降低成本;⑥向实用化、商品化方向发展，从而促进相关产业的发展。
[7]Ripka P, Billingsley S W. Fluxgate: Tuned vs. untuned output, IEEE Trans. Magn. 1988, (34), 1303-1305
[8]Kaluza, A Grüger, H Grüger. New and future applications of fluxgate sensors. Sens. Actuators A, Phys, 2006, (106):48–51
由于磁通门能够检测的最大磁场不过数十高斯，所以磁通门仅适用于微弱的直流或者低频交流电流的检测。复杂的二次谐波处理电路以及铁磁材料性能的限制，使得磁通门电流传感器成本较高，在工业领域的应用中存在着局限性。
应用现状及前景预测
磁通门从其问世以来得到了不断的发展和改进，被广泛应用在各个领域，如地磁研究、地质勘探、石油测井、空间磁场探测、磁性导航、武器侦察、探潜、磁性材料测试和材料无损探伤等弱磁场探测的各个领域。近年来，磁通门在宇航工程中也得到了重要应用，例如，用来控制人造卫星和火箭的姿态，测绘太阳的“太阳风”和带电粒子相互作用的空间磁场、月球磁场、行星磁场以及星际磁场的图形等。美国宇航局(NASA)目前正在制订的一项雄心勃勃的微型仪器技术开发计划，主要目的是发展适合21世纪的小型、低价、高性能航天器，利用MEMS技术对航天器有效载荷的某些机电部件进行微型化，以极大地减小各种科学仪器和传感器的体积和质量，提高探测器的功能密度。美国喷气推进实验室(JPL)称这些微型仪器将是新的微型实验室的心脏，它们主要包括：火星登陆器、微加速度计、微磁强计、微湿度计、微气象站、微地震仪、微集成相机、微成像光谱仪以及微推进器等。由此可见，微型磁通门在其计划中的位置。
我在这里简单列举几个国际上取得的成果。Milan M. Ponjavic等人提出了一种自激震荡的磁通门传感器模型，对在模型中影响传感器工作的主要特性都进行了讨论[2]。Q. Ma等人设计了一种新型DC传感器，这种新型DC传感器可以有效提高测量的准确度，同时具有良好的线性度。这种传感器是基于磁势自平衡和反馈补偿的[3]。Eyal Weiss等人研究了一种正交磁通门传感器，这种传感器不仅改善了磁通门的等效磁噪声，而且简化了磁通门的输出过程[4]。Szewczyk, R课题组为我们呈现了一种双轴微型化磁通门传感器，这种传感器的铁芯由铁钴合金制造，并且依托于PCB多层技术，同时为磁通门的进一步微型化提供了依据[5]。Guillermo Velasco-Quesada等人设计了一种大电流测量装置，并且通过增加开关电源和产生磁补偿电流开关使得在功率方面取得了很大的提高[6]。
多年来磁通门传感器广泛用于地质勘探和太空探测中，传统的磁通门传感器还应用于弱磁场检测，比如地磁场探测、铁矿石探测、位移检测和无损检测等方面[7]。由于二次谐波解调电路的复杂性和工业磁材料性能的限制使得这种传感器对于一般工业应用来说过于昂贵。近年来随着软磁材料的快速发展和电子元件价格的下降使得磁通门电流传感器经济价格上可与霍尔传感器进行相比。同时，对于直流测量应用的性能优越，磁通门电流传感器不失为一种好的选择。与霍尔传感器相比，磁通门电流传感器具有低温漂和低漂移的优点。由于磁通门电流传感器的磁芯工作在周期性的饱和与非饱和状态，所以磁场偏移得到有效抑制，同时保证了磁通门电流传感器较高的测量精度。
e=( )=－2π× f1W2S (2μ2msin4πf1t +4μ4msin8πf1t +6μ6msin12πf1t +...) (8)
式(8)证明只要铁心磁导率μ随激磁磁场强度而变,感应电势中就会出现随环境磁场强度而变的偶次谐波增量e(HOL)。
当铁心处于周期性过饱和工作状态时,e(HOL)将显著增大。利用这种物理现象就可以测量环境磁场。但与变压器效应相比较,其感应线圈输出的磁通门信号。e(HOL)相当微弱。为实现精确测量,可设计成差分输出探头来消除磁通门探头变压器效应的感应电势。
目前磁通门技术的发展方向有：1、提高分辨率。2、提高测强精度。3、提高分辨率、带宽和精度的综合技术水平。4、提高测量上限。5、提高分辨率、精度和拓宽量程的综合技术水平。6、研制简易型、微型化和元件化磁通门器件。
传统制造磁通门的方法是在高导磁铁芯上用机械的方法缠绕上励磁线圈和感应线圈制成探头，再与接口电路连接起来，这种方法制作的磁通门在体积、质量以及功耗等许多方面都难以实现微型化。目前，利用MEMS技术与半导体集成电路工艺相结合是研制微型磁通门传感器的突破口。
[5]Piotr Frydrych , “Two-Axis, Miniature Fluxgate Sensors,” IEEE Trans Magn,vol.48, no. 4, pp. 1458-1488,2012.
[6]Guillermo Velasco-Quesada,“Design of a low-consumption fluxgate transducer for high-current measurement applications,”IEEE Sensors J., vol.11.no. 2,pp. 280-287,2011.
[3]Eyal Weiss,“Orthogonal Fluxgate Employing Digital Selective Bandpass Sample,” IEEE Trans Magn, vol.48.no. 11,pp. 4089-4091,2012.
[4]Milan M. Ponjavic,“Nonlinear Modeling of the Self-Oscillating Fluxgate Current Sensor,” IEEE Sensors J., vol.7.no. 11,pp. 1546-1553,2007.
磁通门技术原理
磁通门传感器是利用被测磁场中高导磁率磁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的。这种物理现象对被测环境磁场来说好像是一道“门”，通过这道“门”，相应的磁通量即被调制，并产生感应电动势。利用这种现象来测量电流所产生的磁场，从而间接的达到测量电流的目的。