磁通门传感器的技术参数对测量影响
测量地磁场实验报告
测量地磁场实验报告一、实验目的地磁场是地球的重要物理场之一，测量地磁场对于研究地球的内部结构、地质演化以及导航等领域都具有重要意义。
本次实验的目的是通过多种方法测量地磁场的强度和方向，加深对磁场概念的理解，并掌握相关实验仪器的使用。
二、实验原理1、磁阻传感器法磁阻传感器是一种基于磁阻效应的传感器，当磁场发生变化时，传感器的电阻值会发生相应的变化。
通过测量电阻值的变化，可以计算出磁场的强度和方向。
2、霍尔效应法当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象称为霍尔效应。
通过测量霍尔电势差，可以计算出磁场的强度。
3、磁通门传感器法磁通门传感器是利用高导磁率的软磁材料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磁场的一种传感器。
三、实验仪器1、磁阻传感器实验仪包括磁阻传感器、信号处理电路、数据采集系统等。
2、霍尔效应实验仪包含霍尔元件、恒流源、电压表等。
3、磁通门传感器实验仪由磁通门传感器、放大器、示波器等组成。
4、指南针四、实验步骤1、磁阻传感器法（1）将磁阻传感器安装在实验支架上，并调整其方向，使其与地磁场方向平行。
（2）连接实验仪器，打开电源，预热一段时间。
（3）通过数据采集系统读取磁阻传感器输出的电压信号，并根据传感器的灵敏度计算出磁场强度。
（4）旋转磁阻传感器，测量不同方向上的磁场强度，从而确定地磁场的方向。
2、霍尔效应法（1）将霍尔元件安装在实验支架上，并接入恒流源和电压表。
（2）调整霍尔元件的位置，使其处于地磁场中。
（3）测量霍尔元件两端的电压，并根据霍尔系数和电流计算出磁场强度。
3、磁通门传感器法（1）连接磁通门传感器实验仪的各个部分，打开电源。
（2）将磁通门传感器放置在水平面上，调整示波器的参数，观察输出信号。
（3）根据输出信号的幅度和相位，计算地磁场的强度和方向。
4、指南针法（1）将指南针水平放置在桌面上，待其稳定后，读取指南针指示的方向，即为地磁场的方向。
磁通门零磁通技术电流传感器原理解析
磁通门零磁通技术电流传感器原理解析一、引言电流传感器是一种广泛应用于电力系统中的重要装置，用于测量电路中的电流大小。
而磁通门零磁通技术电流传感器是一种常用的电流传感器，本文将对其原理进行详细解析。
二、磁通门零磁通技术电流传感器的基本原理磁通门零磁通技术电流传感器是一种基于法拉第电磁感应定律的传感器。
其基本原理是利用电流通过导线时所产生的磁场，通过检测磁场的变化来测量电流的大小。
三、磁通门零磁通技术的工作原理磁通门零磁通技术电流传感器采用了一对磁通门结构，其中一个磁通门固定在传感器的铁芯上，另一个磁通门则通过电流传感器的主导线穿过。
当电流通过主导线时，由于电流的存在，会在主导线周围产生一个磁场，进而影响到磁通门结构中的磁通量。
通过测量磁通门结构中的磁通量变化，可以间接得到电流的大小。
具体而言，磁通门零磁通技术电流传感器中的磁通门结构由一对同轴放置的磁通门组成。
在正常工作状态下，两个磁通门的磁通量相等。
当主导线中有电流流过时，由于电流的存在，会在主导线周围形成一个磁场，从而改变磁通门结构中的磁通量。
为了实现零磁通的状态，磁通门结构中会通过调节一个校准线圈的电流来抵消主导线中的磁场产生的影响，使得磁通门结构中的磁通量保持不变。
通过测量校准线圈中的电流大小，可以得到电流传感器中主导线中电流的准确值。
四、磁通门零磁通技术电流传感器的优势相比于其他电流传感器，磁通门零磁通技术电流传感器具有以下几个优势：1. 高精度：磁通门零磁通技术电流传感器通过校准线圈来实现零磁通状态，从而提高了测量的精度和准确性。
2. 宽量程：磁通门零磁通技术电流传感器可以根据需要调整校准线圈的电流，从而适应不同电流范围的测量需求。
3. 快速响应：磁通门零磁通技术电流传感器具有较高的响应速度，可以快速准确地测量电流的变化。
4. 抗干扰能力强：磁通门零磁通技术电流传感器采用了差分测量的方法，可以有效抑制外界电磁干扰，提高了测量的稳定性和可靠性。
基于磁通门传感器铁矿检测电路设计
基于磁通门传感器铁矿检测电路设计引言随着社会的发展，工业化进程不断加快，铁矿作为重要的矿产资源，被广泛开采和应用。
而在铁矿矿山日常的生产中，为了保证采矿作业的安全与高效，需要对铁矿进行检测，以确保铁矿的质量与产量。
传统的铁矿检测方法往往需要依赖人力进行采集与检测，工作效率低下且易受环境因素影响。
因此，本文将介绍一种基于磁通门传感器的铁矿检测电路设计，在铁矿检测方面具有较高的自动化和精准度。
传感器原理磁通门传感器，也叫磁敏门传感器，是一种磁敏元件，其基本原理是利用磁场对材料磁导率的变化敏感的特性，通过测量门内自由磁场在传感器绕组上感应的瞬时电动势，来探测在其内部磁场的变化。
其主要由磁芯、线圈、电容和变压器等组成。
具体而言，当磁场发生变化，磁通进出磁芯会产生一定的涡流，这会使得磁芯中的铁磁材料饱和程度变化，从而使磁芯中的磁阻发生变化。
当磁敏门传感器处于静态时，其输出电压Uo等于零，此时其内部电路呈现开路状态；而当磁场发生变化时，磁芯中的磁阻也会发生变化，从而产生感应电动势，此时其输出电压Uo也会变化，电路呈现闭合状态。
通过采用滤波电路和运算放大器等电子元件来对其输出电压进行处理和放大，从而实现对磁场变化的检测。
电路设计为了实现基于磁通门传感器的铁矿检测电路，我们需要设计一个能够稳定供电、具有较高采样精度和能够自动采集和处理数据的电路。
具体而言，其主要包括以下几个方面：1. 供电和信号采集铁矿是处于自然界中的物质，其磁场往往在微弱的范围内变化，因此，在进行信号采集时需要使用高精度的放大器和滤波器来消除噪声干扰。
为了提高传感器的灵敏度和信号稳定性，我们可以采用恒流源方式进行供电。
具体而言，在本电路设计中，我们采用了以运放、震荡电路和滤波电路等组成的前置电路，来保证信号采集的稳定性和精度。
2. 转化和处理在进行信号采集后，需要对信号进行转化和处理，以得到对铁矿磁场变化的精确检测数据。
在本电路设计中，我们采用了运算放大器和微处理器等电子元件来对信号进行转化和处理。
磁通门电流传感器说明书
高精度电流传感器规格书AIT1000-SG深圳市航智精密电子有限公司AIT1000-SG 高精度电流传感器多点零磁通技术系统应用于现有高精度直流传感器技术之上，激励磁通闭环控制技术、自激磁通门技术及多闭环控制技术相结合，实现了对激励磁通、直流磁通、交流磁通的零磁通闭环控制，并通过构建高频纹波感应通道实现了对高频纹波的检测，从而使传感器在全带宽范围内拥有比较高的增益和测量精度。
产品图片核心技术性能特点◇激励磁通闭环控制技术◇原、副边隔离测量◇自激退磁技术◇出色的线性度和准确度◇多点零磁通技术◇极低的温漂◇多级量程自动切换技术◇极低的零漂◇温控补偿技术◇强抗电磁干扰能力◇宽频带和低响应时间应用领域◇医疗设备：扫描仪、MRI ◇轨道交通：高速列车、地铁、有轨无轨电车◇电力：变流器、逆变器◇测试仪器仪表：功率分析仪、高精密电源◇新能源：光伏、风能◇汽车：电动汽车◇舰船：电力驱动舰船◇航空航天：卫星、火箭◇计量：检定与校准◇智能电网测量：发电、电池监测、中低压变电站◇工业控制:工业电机驱动、焊接、机器人、吊车、电梯、滑雪升降机电气性能项目符号测试条件最小值标称最大值单位原边额定直流电流I PN_DC— — ±1000 — Adc 原边额定交流电流*I PN— — 707 — Aac 原边过载电流I PM1分钟— — ±1300 Adc 工作电压V C— ±14.2 ±15 ±15.8 V 功耗电流I PWR原边额定电流±30 ±700 ±830 mA 电流变比K N输入：输出1500:1 1500:1 1500:1 — 额定输出电流I SN原边额定电流— ±0.67 — A 测量电阻R M见图1 0 1.5 3 Ω＊：指交流有效值精度测量项目符号测试条件最小值标称最大值单位准确度X G输入直流，25±10ºC — — 10 ppm 线性度εL— — — 2 ppm 温度稳定性T C— — — 0.1 ppm/K 时间稳定性T T— — — 0.2 ppm/month 供电抗干扰T V— — — 1 ppm/V 零点失调电流I O@25ºC — — 1（用户可调零）ppm 纹波电流I N DC-10Hz — — 0.5 ppm动态响应时间t r di/dt=100A/us,上升至90%I PN— — 1 us 电流变化率di/dt — 200 — — A/us频带宽度（-3dB） F — 0 — 500 kHz零点失调电流I OT全温度范围— — ±5 μA安全特性项目符号测试条件数值单位隔离电压/ 原边与副边之间Vd 50Hz,1min 5 KV瞬态隔离耐压/ 原边与副边之间Vw 50us 10 KV爬电距离/ 原边与外壳之间dCp — 11 mm电气间隙距离/ 原边与外壳之间dCi — 11 mm 相比漏电起痕指数CTI IEC-60112 600 V一般特性项目符号测试条件最小标称最大单位工作温度范围T A—-40—+85ºC 质量M—1250±20g负载电阻使用说明图1：负载电阻与测量电流关系图运行状态说明◇正常运行时，绿灯常亮：设备上电后，当设备正常工作时，绿色指示灯常亮，D-Sub9接口的第3脚和第8脚导通。
用于电流测量的柔性基底磁通门传感器
传感技术学报CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORS Vol.33No.12 Dec.2020第33卷第12期2020年12月Flexible Base Fluxgate Sensor for Current Measurement*GUO Bo1，YANG Shanglin2*，厶Shibin3，WANG Tianxin1(1.School of Information Engineering,Xijing University, Xi'an Shaanxi710000,China；2.School of Electrical and Information Engineering,North Minzu University,Yinchuan Ningxia750021,China；3.School of Electronics and Information,Northwestern Polytechnical University,Xi'an Shaanxi710000,China)Abstract:Benefit from the foldable and bendable characteristics,fluxgates fabricated on flexible substrates have received more attention in recent years.When used for current measurement,the flexible structure can increase measurement efficiency by wrapping the conductor in the middle of the iron core through opening and closing method, without damaging the current conductor.However,the core of the fluxgate exhibits different magnetic properties after bending,which in turn affects the fluxgate performance.In this paper,a cobalt-based amorphous strip is used as a fluxgate iron core,and a method for preparing a flexible fluxgate for current measurement is studied.The effects of bending iron core on flexible fluxgate performance are studied by simulation and physical measurement.The results show that this flexible fluxgate sensor with cobalt-based amorphous as core exhibits very excellent performance. After the core bends into a ring shape,the positive effect of the demagnetization decrease is much greater than the negative effect of the magnetic performance degradation.Its sensitivity has increased significantly instead of decreasing.After bending the sensor many times,its sensitivity and linear range did not change.Therefore,this bendable flexible fluxgate is ideal for current measurement.Key words:sensor；flexible fluxgate;MESM；PI；Cobalt-based amorphousEEACC：3120N doi：10・3969/j・iss n・1004-1699・2020・12・021用于电流测量的柔性基底磁通门传感器*郭博打杨尚林2*，刘诗斌3,王天鑫1（1.西京学院信息工程学院，陕西西安710000；2.北方民族大学电气信息工程学院，宁夏银川750021；3.西北工业大学电子信息学院，陕西西安710000）摘要：得益于可折叠弯曲的特性，在柔性基底上制备的磁通门传感器近年来得到人们的关注。
三轴磁通门传感器误差分析与校正
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国防科学技术大学研究生院硕士学位论文
表
目
录
表 1.1 地磁站对磁力仪标定比例系数和正交性测试结果 .......................................... 3 表 2.1 基于设备的零偏标定值 .................................................................................... 12 表 2.2 X轴线性度误差 ................................................................................................. 16 表 4.1 算法估计的零偏值 ............................................................................................ 38 表 6.1 不同磁场下刻度因子温度特性 ........................................................................ 71 表 6.2 三种方法对刻度因子温度特性的逼近误差 .................................................... 74
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国防科学技术大学研究生院硕士学位论文
extended kalman filter based on vector calibration model is used to calibrate vector via simulation. Finally, temperature compensation model established, and the model is proved to be universal. In the end, some conclusions are given and some suggestions for further research are described in detail. Key Words：Three-axis fluxgate magnetometers; Total value calibration model; Vector calibration model; Temperature compensation model; Neural networks; Adaptive filter; Kalman filter
莱姆推出新品IN 1000-S,拓宽了高精度传感器的量程
莱姆推出新品IN 1000-S，拓宽了高精度传感器的量程
1000A的DC、AC或脉冲电流
-40 ~ +85ºC）
极低的零漂（全温度范围内达19.5ppm）
优异的线性度（全温度范围内达3ppm）
极低噪声与高精度（全温度范围），得益于莱姆专利磁通门技术
莱姆拓宽高精度传感器的量程，推出新品IN 1000-S，无插入损耗，可隔离测量1000A的直流、交流以及脉冲电流。
莱姆完善磁通门技术，去年已推出此系列的第一个产品2000A。
传统1000A高精度传感器温度范围通常+10到+40或+50°C，IN 1000-S拓宽其温度范围至-40到+85°C，使其可用于更宽的应用领域，而不仅限于实验室，这些应用包括：传统工业应用测试仪、医疗设备（例如，MRI、质子疗法等）、高精度电机控制器以及计量设备。
莱姆采用专利创新技术于此新型传感器上，在数字领域中处理最大信号，新型磁通门技术架构消除磁通门驱动频率纹波，从而得到结构紧凑、宽温度范围内保持高精度以及相比上一代更低噪声水平的传感器。
在数字领域中处理信号可以完全免除模拟转数字处理之后的温度效应、干扰以及供电电压变化所产生的影响，改善了零点与零漂。
通过使用DSP数字信号处理器降低了固定频率下磁通门驱动信号中的干扰或纹波，同时降低了高频谐波。
剩余的干扰可通过纹波补偿线圈消除，此线圈的幅度与相位可以通过各个传感器的校准调节。
校准之后，全温度范围-40 OC到85 OC内，全量程范围内的传感器输出，其剩余纹波峰峰值低于34ppm。
这些创新使得IN 1000-S在拓宽的温度范围内具有优异的性能表现：全温度范围内极高的精度，优于3ppm的线性度以及19.5ppm的低零漂。
磁通门传感器／磁强计校准中的问题探讨
磁通门传感器／磁强计校准中的问题探讨摘要：本文分析了磁通门磁强计和磁通门传感器的不同，从校准依据，环境要求，项目对比，以及结果处理几个方面，结合实际测量中发现的问题进行了分析阐述，并给出了测量结果合理表述的建议。
标签：磁通门传感器;校准方法;转换系数;不确定度一、磁通门传感器与磁通门磁强计的定义及区别磁通门传感器与磁通门磁强计都是利用高磁导率材料在交变磁场的饱和激励下其感应电动势的谐波与输入磁场强度成正比的原理制成的测量仪器。
区别在于磁通门磁强计（简称磁强计）具有磁场显示功能，磁通门传感器（简称磁传感器）的输出值一般是电压。
在校准项目中，磁强计的标志性指标是磁感应强度示值误差，而磁传感器的标志性指标则是转换系数。
常见的磁通门磁强计型号包括MEDA 公司生产的FVM-400，上海海事大学生产的9200B，9200B ，9200D，北京翠海佳诚磁电有限公司CH-350等。
常见的磁通门传感器包括是bartington 公司生产的MAG-03磁传感器等。
国内的生产厂家包括中国海事大学，目前国内新型传感器的研发单位包括：中国船舶重工集团公司第七一〇研究所，海军工程大学，空间中心，武汉大学，中国物理研究院等。
二、磁强计与磁传感器校准中的问题讨论磁强计与磁传感器校准中的问题主要包括以下几个方面：1.依据的规范磁通门磁强计校准依据的规范是JJF 1519-2015 《磁通门磁强计校准规范》，磁通门传感器校准依据2018年11月正式发布的JJF（军工）190-2018 《磁通门磁强计校准规范》，新规范发布之前，我单位主要的校准依据是企标Q/710J 0606-2016《磁通门传感器校准规范》。
2.测试条件要求4.各检测项目的数据记录要求及不确定评定同一个磁传感器或磁强计，由于不同校准人员的理解程度不同，对测量结果的不确定定评定存在较大差异。
现根据我单位磁通门磁强计校准装置的测量能力，具体分析如下：1）磁场示值误差的不确定度给多少？认可能力中给出该项目的扩展不确定度1 nT （k=2），作业指导书中CMC 评定给的是0.3 nT （k=2），标准装置能力评的是（0.0003*B0+5）nT。
电子测量仪器的磁测量技术考核试卷
10. A,B
11. D
12. A,B
13. D
14. A,B
15. A,B
16. A,B
17. A,B
18. D
19. A,B,C
20. D
三、填空题
1.特斯拉（T）
2.霍尔效应
3.校准
4.磁芯、激励线圈
5.特斯拉（T）
6.霍尔效应
7.三
8.磁强计
9.减小
10.频率
四、判断题
1. ×
2. ×
12.在磁测量中，如果被测物体是非导磁材料，那么使用以下哪种方法进行测量是合适的？（）
A.磁阻法
B.电磁感应法
C.霍尔效应法
D.磁通门法
13.以下关于磁通门传感器的描述，错误的是：（）
A.它对温度变化敏感
B.它可以测量静态和动态磁场
C.它的灵敏度相对较低
D.它的工作原理基于磁滞回线
14.电子测量仪器在磁测量时，以下哪项操作可能导致结果不准确？（）
6.在进行磁测量时，以下哪些做法可以减小误差？（）
A.使用屏蔽减少外部干扰
B.对仪器进行预热
C.定期校准测量仪器
D.所有上述做法
7.以下哪些是磁电传感器的特点？（）
A.它们可以测量静态磁场
B.它们对磁场的方向敏感
C.它们的输出与磁场强度成正比
D. A和B
8.在磁测量中，以下哪些情况下需要特别注意仪器的频率响应？（）
电子测量仪器的磁测量技术考核试卷
考生姓名：__________答题日期：__________得分：__________判卷人：__________
一、单项选择题（本题共20小题，每小题1分，共20分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）
磁通门传感器的研究进展
磁通门传感器的研究进展目录1.内容综述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.1 研究背景与意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.2 研究现状概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31.3 研究目标与内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42.磁通门传感器基础理论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 2.1 磁通门传感器的工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 2.2 基本模型与数学描述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62.3 材料与结构特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．73.磁通门传感器的设计与制造．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 3.1 设计原理与方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 3.2 制造工艺与设备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．123.3 性能测试与评估方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．134.磁通门传感器的性能优化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 4.1 灵敏度与响应速度优化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 4.2 稳定性与可靠性分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．174.3 温度补偿技术．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．185.磁通门传感器的应用研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 5.1 在磁场检测中的应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．205.2 在导航与定位系统中的应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．215.3 在其他领域的应用前景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．226.磁通门传感器的集成与智能化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．236.1 传感器阵列的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．246.2 信号处理与数据融合技术．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．256.3 智能控制系统的构建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．277.磁通门传感器的挑战与展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．287.1 当前面临的主要挑战．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．297.2 未来发展趋势预测．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．307.3 研究方向的建议．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．318.总结与展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．328.1 研究成果总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．338.2 对未来研究的展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．341. 内容综述磁通门传感器是一种基于电磁感应原理的测量设备，它能够精确地检测磁场的变化。
基于磁通门传感器的弱磁感应强度测量系统设计
二、 三端式磁通门传感器基本原理 三端式磁通 门探头如 图１ 所示， 对于 上半轴磁 芯， 设其
磁率为 ， 横截 面积 为 ， 感应线 圈的有 效匝数为 ２ ， 且 在 激磁线 圈上产生 的激磁磁 场强度 。理 想情 况下 ， 在 激励 线圈上通 以周期性变换 的正弦 电压 ， 则在铁芯 中产生 激磁磁场强度为 ： Ｈ ＝Ｈ （）
用 于磁性纳米 材料上 ， 磁纳米 可 以视 为磁偶 极子， 磁 偶极
ｅ （ Ｈｏ ） ＝一１ ０ Ｄ “ － ； ［ ＷＪ － ｔ （ ｔ ） （ ＨＫ十 ） 】
¨ ‘
（ ２ ）
由于总体 感应 电动 势应该为 上下两个 半轴 的感应 电动 势 叠加 ， 并且若 两个线 圈为物理特 性一致 ， 仅激励 磁场方 向 相反 。另外磁导率 是 时间的函数 ， 并进 行傅里叶级数展 开 后 带入 式 （ ２ ） ， 然 后 可 以获 得 总 体 感 应 电动 势 ｅ （ Ｈｏ ） ＝ － ４ ｚ ｘ ｌ Ｏ Ｉ － ／ ｏ （ ２ ｓ ｉ ｎ ４ ｚ ｆ ｔ ｔ ｆ ３ １ ＋ ４ ｓ ｉ ｎ ８ ｚ ｆ ｌ ｔ ＋ ６ ｓ ｉ ｎ ｌ ２ ｚ ｆ ￣ ｔ ＋ ……）
磁性材料 。
［ 关键词 ］三端式磁通 门传感 器；磁性材料 ；微弱信号
［ 中图分类号 ］ Ｔ Ｐ ２ １ ２
一
［ 文献标识码 ］ Ａ
［ 文章编号 ］ １ ６ ７ ３ －３ ８ ７ ８ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ３ 一ｏ ０ １ ２ —０ ３
磁通门传感器探头测试分析
理论算法
磁通门传感器探头测试分析
齐侃侃，董昊 （宜昌测试技术研究所，湖北宜昌，443003）
摘要 ：本文分析了磁通门传感器探头电气参数与物理参数，提出了改进磁探头性能的方法。实际选取了 Co 基非晶合金 薄片作为磁探头磁芯材料，利用理论公式分析设计研制了探头。经实验验证，优化的磁探头噪声较小，灵敏度较高，温度 性能较好，磁通门传感器的性能达到了设计要求。 关键词 : 磁通门传感器 ；探头参数 ；灵敏度 ；噪声测试 ；温度漂移
Test and analysis of fluxgate sensor probe
Qi Kankan，Dong Hao (Yichang Testing Technology Research Institute, Yichang Hubei, 443003)
Abstract:In this paper,the performance parameters of fluxgate sensor are analyzed, and the method to improve the performance of magnetic probe is proposed. In fact, cobalt based amorphous alloy is selected as the core material, and the probe is made by using the approximate formula. The experimental results show that the optimized magnetic probe has lower noise, higher sensitivity and better temperature performance, and the performance of fluxgate sensor meets the design requirements. Keywords:Fluxgate sensor; Probe parameters; Sensitivity; Noise test; Temperature drift
磁通门技术
磁通门技术I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。
用电流传感器作为电气设备绝缘在线检测系统的采样单元，已得到业内人士的共识。
目前，电流传感器有多种类型，如霍尔传感器、无磁芯电流传感器、高导磁非晶合金多谐振荡电流传感器、电子自旋共振电流传感器等。
由于电力系统使用环境的特殊性，许多传感器存在自身的局限性。
目前应用于电力系统的电流传感器多是以电磁耦合为基本工作原理的，从采样方式上分，这类传感器主要有直接串入式、钳式、闭环穿芯式三种。
大量的研究试验表明，基于“零磁通原理”的小电流传感器更适合电力系统绝缘在线检测的要求。
本文所述小电流传感器即是以磁通门技术为基本原理，加上闭环控制在电子电路中的应用，使小电流传感器具有高精度、高稳定度、抗干扰能力强等优点[1]。
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。
我在这里简单列举几个国际上取得的成果。
(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
磁通门地磁经纬仪磁通门传感器的研制
磁通门经纬仪磁传感器的研制范晓勇滕云田周勋周鹤鸣张炼（中国北京100081 中国地震局地球物理研究所）摘要：结合磁通门地磁经纬仪的观测特点，对磁通门传感器模型进行理论分析，选择具有高磁导率的1J86坡莫合金，和具有相同热膨胀系数、高塑性、较高持久蠕变强度的GH128合金，分别作为磁芯和骨架材料，采用跑道形磁芯结构作为设计磁通门传感器的核心部分。
对设计的磁通门传感器进行技术指标测试，结果表明，实验磁通门传感器优于设计要求。
关键词：磁通门传感器；磁芯材料；跑道形磁芯；低噪声；温度特性稳定0 引言地磁场的观测通常分为绝对观测和相对记录。
磁通门经纬仪被主要应用于地磁场的绝对观测，因磁通门经纬仪在地磁场七要素的偏角Ｄ分量和倾角Ｉ分量的观测中操作容易而且观测精度高，已经成为国际上通用的地磁绝对观测仪器（徐文耀，2003；中国地震局监测预报司，2002; Gilbert D，1998；H U Auster，2003），所以世界各国的地磁观测者都在寻求高技术指标、性能稳定的磁通门地磁经纬仪，而各国研究人员对磁通门地磁经纬仪性能的提高也在不断地探索和研究中。
磁通门经纬仪由磁传感器、检测器和无磁经纬仪三部分组成。
磁传感器性能指标的提高对于磁通门经纬仪总体观测指标的提高起着关键性的作用。
根据磁通门经纬仪观测特点，磁传感器应具有极好的矢量响应性、较高的灵敏度和稳定的温度系数等特点，因磁通门传感器具有以上技术特点，所以成为磁通门经纬仪磁传感器的首选。
为了提高国产磁通门经纬仪的整体技术指标，设计一款磁通门经纬仪所需的磁通门传感器，经过实验测试，所设计的磁通门传感器的性能指标符合磁通门经纬仪所用磁传感器的设计要求，该传感器具有的低噪声、高灵敏度、温度特性稳定等特点，其将对提高国产磁通门经纬仪的整体技术指标起到非常重要的作用。
1工作原理1.1磁通门经纬仪工作原理磁通门传感器具有极好的矢量响应性，只有传感器磁轴方向的地磁场分量才能使传感器产生感应电动势，当传感器的磁轴方向与地磁场方向处于正交位置时，传感器测得地磁场显示为零值。
磁通量和磁感应的测量
误差分析和减小误差的措施
误差来源：测量设 备、环境因素、操 作人员等
误差类型：系统误 差、随机误差和过 失误差
减小误差的方法： 提高设备精度、多 次测量取平均值、 改进实验方法等
注意事项：正确使 用测量设备，避免 人为误差
误差分析和减小误差的实验验证
误差来源：仪器误差、人为误差、环境误差
误差分析方法：理论分析、实验对比、统计分析
磁感应计的构造：主要 由感应线圈、测量电路、 支架和滑轮等组成。感 应线圈采用高导磁率的 材料制成，以便集中感 应电动势。测量电路用 于测量感应电动势的大 小。支架和滑轮用于固 定和移动感应线圈。
磁感应计的应用场景
磁场研究：用于测量磁场的大小和方向，探究磁场分布和变化规律 磁力检测：在工业生产中检测磁性材料的质量和性能，如磁铁、电机等 磁通量测量：测量磁性材料的磁通量，评估其磁性能和磁路设计 电磁感应应用：测量电磁感应现象，如变压器、电感器等电子元件的性能和参数
开始测量：开启 仪器，记录测量 数据
结束测量：关闭 仪器，整理测量 数据并进行分析
数据记录和分析
记录实验过程 中的数据，包 括磁通量和磁 感应的变化情
况
对实验数据进 行整理，绘制
图表或表格
分析实验数据， 探究磁通量和 磁感应之间的
关系
对比不同实验 条件下的数据，
得出结论
实验结果的应用和推广
工业生产：磁通量和磁感应的测量在工业生产中广泛应用，如电机、变压器等设备的性 能测试和优化。
减小误差的实验验证：多次测量求平均值、改进实验装置和测量方法、提高实验操作技 能和仪器精度 注意事项：在实验过程中要保持测量环境稳定，避免外界干扰；同时要注意仪器的定期 校准和维护。
永磁材料测量
永磁材料测量永磁材料是一类具有自身磁性的材料，其在各种电磁设备中都有着广泛的应用。
为了确保永磁材料的质量和性能，需要对其进行精确的测量。
本文将介绍永磁材料测量的方法和注意事项。
首先，永磁材料的磁性是其最重要的性能之一。
常见的永磁材料有钕铁硼、钴磁铁、铁氧体等。
在测量永磁材料的磁性时，可以使用霍尔效应传感器或磁通门传感器。
通过这些传感器可以测量永磁材料的磁感应强度、矫顽力、剩磁和矫顽力温度系数等重要参数。
在测量时需要注意保持测量环境的稳定，避免外界磁场的干扰。
其次，永磁材料的磁化曲线是其磁性的重要指标之一。
磁化曲线可以反映永磁材料的磁化特性和磁滞回线。
常见的测量方法有霍普金斯法、振荡线圈法和脉冲法等。
在进行磁化曲线的测量时，需要根据具体的测量要求选择合适的方法，并严格控制测量参数，确保测量结果的准确性。
另外，永磁材料的磁场分布也是其重要的性能指标之一。
磁场分布的均匀性和强度直接影响着永磁材料在实际应用中的性能。
常见的测量方法有磁场扫描法和磁力计法。
在进行磁场分布的测量时，需要注意选择合适的测量方案，并进行精确的数据处理和分析，以获得准确的磁场分布图像和参数。
最后，需要注意的是在进行永磁材料的测量时，要严格遵守相关的安全操作规程，确保测量过程的安全性和可靠性。
同时，还需要对测量设备进行定期的校准和维护，以保证测量结果的准确性和可靠性。
综上所述，永磁材料的测量是确保其质量和性能的重要手段。
通过合理选择测量方法和严格控制测量过程，可以获得准确可靠的测量结果，为永磁材料的研发和生产提供有力的支持。
磁通门电流测量基本原理
H = H sinwt
(1)
e
m
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 H0 + He = m H0 + Hm sinwt
(2)
以上磁场在信号线圈中产生的感应电动势 如下：
( ) dB
æ
U = -NS o
dt
= -NS èç
H + H sinwt
¥
å U = 4 MAH0w mi sin 2iwt
(14)
i=1
由该式可知，圆环形磁通门感应电动势的数学模型与双磁芯磁通门相同，输
出的信号是与待测量磁场 呈正比的偶次谐波分量交流信号。
2 磁通门信号检测方法[1,3]
通过对以上几种类型的磁通门输出感应电势的数学模型进行分析，可知：磁 通门输出信号各次谐波分量的相位与激励电源的相位有关，当被测量磁场反向时， 相位反转 180 度；谐波分量的频率均是激励电源的偶次谐波，各次谐波分量幅 度均随着饱和深度而变化。
激励磁场在两个半环中产生的磁感应强度大小相等且方向相反：
( ) B1 = m H0 + Hm sinwt ( ) B2 = m H0 - Hm sinwt
(12)
磁通门感应线圈输出的感应电动势 如下：
U
=
-
M 2
Hale Waihona Puke æ AèçdB1 dt
+
dB2 ö dt ø÷
=
- MAH0
dm dt
(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：
根据以上输出信号特征，目前有两种常见的磁通门输出信号检测方案：谐波 法，其中最常用的是二次谐波法；非谐波检测法，包括脉冲幅度法、脉冲间隔法、 脉冲宽度法和脉冲相位差值法，其中脉冲幅度法和脉冲间隔法是最为常用的两种 非谐波检测方法。因此本节将进一步介绍二次谐波检测法、脉冲幅度法和脉冲宽 度法。
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磁通门高斯计的技术参数对测量影响
影响磁通门高斯计测量的主要技术参数有量程、精度、分辨率、频率响应、灵敏度，线性度、电源供电电压范围、输出信号方式等等。
每个技术参数都对测量结果造成重大影响，可以说，技术参数能决定高斯计的性能高低和市场价值。
因此技术参数性能越高，越能保证测量结果接近真实值。
所以要在各种不同的环境和场合中，得到测量数据的分布的真实值、除了提升使用人员的专业技能外，还必须突出磁通门本身各项技术参数的优化。
因此，在科学研究、实验室校准和标定中，测定结果的稳定性和重要性不言而喻，那么选择高可靠性、高性价比和稳定性的磁通门高斯计就显得非常必要。
如目前世界上处于领先水平的三维磁通门高斯计GF603是测量微弱磁场量程
0-10G的常用仪器，具有高精度0.5%和高分辨率0.1nT，反应灵敏、线性误差极小，能够实现DC/AC模式切换，稳定性高，在测量弱磁场领域享有较好的市场口碑，也是科研机构、高等院校、企业等广泛使用的仪器之一。