三轴磁通门传感器的研究
磁通门传感器原理
磁通门传感器原理
磁通门传感器是一种常用于检测物体接近、开关状态的传感器。
它的工作原理基于磁感应技术。
磁通门传感器由两部分组成：磁通门和感应元件。
磁通门通常由磁性材料制成，呈现成环形或U形，其中包含有线圈。
感
应元件则位于磁通门的附近，通常由磁敏材料制成。
当没有外界磁场作用于磁通门时，感应元件处于没有激活状态。
当有物体接近磁通门时，物体的磁场会影响磁通门中的磁场分布，使得感应元件受到激活。
激活后，感应元件中的磁场会发生变化，产生感应电动势。
这个电动势可以通过连接的电路进行检测和测量，进而得知物体的接近情况。
磁通门传感器的工作原理是基于磁场的感应原理。
当物体接近磁通门时，物体的磁场会和磁通门中的磁场相互作用，改变磁通门的磁场分布。
这种改变被感应到并转化为电信号，从而实现对物体接近情况的检测。
磁通门传感器具有结构简单、响应速度快、可靠性高等特点，广泛应用于工业自动化、安防监控、机械设备等领域。
三分量磁通门传感器校正的循环优化算法
在 环境 磁 场 为零 的条 件 下 ， 三分 量 磁通 门传感
器输 出应 该为 零 ， 由于制 造 磁 传感 器 所 用 材 质或 但 其他 原 因 ， 使其 输 出不 为零 ， 这种 现 象 称 作零 偏 ， 由 零偏 所造 成 的传感器 误差 称 为零位 误差 。零位 误差 附加 于磁传 感 器 的三 个分 量之 上 ， 大 小 一般 不 随 其
背景场 下 ， 如果 三分 量 磁通 门传 感 器 的正 交误 差 大
于 ０５ ， ． 。 经过计 算 可知 由三轴 不 正交 所 带 来 的磁 场
磁 传感 器姿 态 的改变 而变 化 。具 有零 位误 差 的磁传
感 器输 出与真 实外磁 场之 间 的关 系 可表示 为 ：
Ａ Ｂ＝Ｂ Ｍ一 （） １
收稿 日期 ： ０ ００ —８ 修 回 日期 ： ０ ００ —５ ２ １—２２ ； ２ １—３１ 作者简介 ： 周超烨 （ ９４ ） 男 ， 建莆 田人 ， １８ 一 ， 福 助理工程师 ， 主要从事海洋测量与导航技术研究 。
中图 分 类 号 ： Ｐ １．３ Ｔ ２ ２ １ 文献 标 识 码 ：Ｂ 文章 编 号 ： ６ １３４ （ ０ ０ ０ —０ ３ ０ １７ —０ ４ ２ １ ） ４０ ６ —４
１ 引 言
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
将文献 ［ ］ 出的优化 校 正 算 法 引入 到全 部 固有 误 ３提
差 的校正 。应用 过程 中发 现 ， 由于零 位误 差 、 度误 标 差 和正 交误 差在 测 量 数据 中 同时 存 在 ， 每一 种 误 使
第３ ０卷 第 ４期
２１ ０ ０年 ７月
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洋
测
绘
Ｖｏ１３ ． Ｏ ４ ．０ Ｎ ．
三轴加速度传感器
三轴加速度传感器1. 引言三轴加速度传感器是一种常见的传感器技术，用于测量物体的加速度和倾斜度。
它在许多领域中得到广泛应用，包括运动检测、姿态测量、智能手机和游戏控制器等设备。
本文将介绍三轴加速度传感器的工作原理、应用领域和未来发展趋势。
2. 工作原理三轴加速度传感器基于微机电系统（MEMS）技术。
它通常由微机械结构、压电材料和电路组成。
当物体受到加速度时，微机械结构会产生微小的位移，并将其转化为电压信号。
这个信号经过放大和滤波后被传感器读取和解析。
三轴加速度传感器通常包含X、Y、Z三个轴向，分别对应物体运动的水平、垂直和纵深方向。
通过测量三轴的加速度值，传感器可以确定物体的运动状态。
3. 应用领域3.1 运动检测三轴加速度传感器广泛应用于运动检测领域。
它可以测量用户的步数、距离、速度和活动强度，用于运动追踪和健身监测。
许多智能手环、智能手表和健身器材上都配备了三轴加速度传感器。
3.2 姿态测量三轴加速度传感器可以测量物体的倾斜度和方向，用于姿态测量和姿势跟踪。
它在虚拟现实、增强现实和航空航天等领域中得到广泛应用。
例如，游戏控制器可以通过传感器测量玩家的倾斜动作，并将其映射到游戏中的角色操作。
3.3 智能手机和平板电脑三轴加速度传感器是智能手机和平板电脑中的重要组成部分。
它可以实现自动屏幕旋转、姿势识别和步态分析等功能。
此外，多个传感器的组合使用，如加速度传感器和陀螺仪的联合使用，可以提供更精确的运动感知和定位能力。
4. 未来发展随着人工智能、物联网和移动技术的快速发展，三轴加速度传感器将在未来得到更广泛的应用。
以下是一些未来发展趋势：4.1 小尺寸化和低功耗随着智能设备更加轻薄和便携，对三轴加速度传感器的尺寸和功耗要求也越来越高。
未来的传感器将更加小巧，能够集成到更多类型的设备中，并且能够在较长时间内维持稳定的工作。
4.2 高精度和多参数测量未来的三轴加速度传感器将具备更高的精度和多参数测量能力。
基于磁通门传感器的数据采集和修正
基于磁通门传感器的数据采集和修正高炼;曹大平【摘要】以磁通门传感器的低功耗、高精度采集与大容量存储技术为需求目标,在优化方案的基础上,设计了采集数据、记录时间、存储数据并拟合修正的电路系统,重点对电路系统的构成和数据修正的方法进行研究与改进.在实际地磁环境下对样机进行测试,结果表明:整套装置的功耗降低至mW级别,地磁场测量值和准确值的偏差在20 nT以内,存储量达到了2GB,实现了预期目标.%In order to achieve low power consumption,high precision and large capacity storage technology of fluxgate sensor.On the basis of optimization scheme,circuit system of collecting data,recording time,storing data and fitting and correction is designed,focusing on composition of circuit system and data correction methods is studied and improved.The prototype is tested in actual geomagnetic environment,the results show that power consumption of the whole set of device is reduced to level of milliwatts,moreover,the deviation of Earth's magnetic field measurements and accurate value is less than 20 nT,and the storage capacity up to 2 GB,the expected goal is reached.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2017(036)004【总页数】4页(P128-130,137)【关键词】数据修正;低功耗;大容量;磁通门传感器【作者】高炼;曹大平【作者单位】武汉大学物理科学与技术学院,湖北武汉430072;武汉大学物理科学与技术学院,湖北武汉430072【正文语种】中文【中图分类】TP274磁场测量技术,尤其是弱磁测量，经过多年的发展，已经成为一门独立的科学，广泛地运用在航空航天、国防军事、医疗、工业、考古等领域[1，2]。
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。
磁通门传感器的设计（可编辑）
磁通门传感器的设计摘要三分量磁通门地磁场检测装置是应用磁通门传感器对地磁场进行测量的矢量检测装置。
与其它类型测磁仪器相比,磁通门传感器具有分辨率高,测量弱磁场范围宽,体积小、重量轻、功耗低,经济性好,能够直接测量磁场的失量和适于在高速运动系统中使用等特点,被广泛应用于各种领域。
本文分析了磁通门传感器的工作原理,详细论述了如何采用数字检波的方法进行信号处理.本文还介绍了三分量地磁场检测装置硬件电路的设计和单片机程序。
检测装置主要由三分量磁通门传感器、单片机最小系统、A/D数据采集电路和串口电路构成。
三分量磁通门传感器检测到磁场的矢量大小,输出信号经过有源滤波器和放大器处理后得到三路幅度与磁场各分量大小成正比的正弦信号。
A/D同时对三路信号进行4倍频采样,将两个周期的采样数据传送到单片机,然后单片机通过串行端口将数据发送到计算机,最后由计算机完成数据的处理和分析。
关键词三分量地磁场数字检波数据采集串行端口The Design of Geomagnetic Field Detection Device Based on Three-component Fluxgate SensorsAbstratThe three-component fluxgate geoamagnetic field detection device is a kind of vector detection device which can measure the geoamagnetic field directlypared with other instruments which can measure geomagnetic field,the fluxgate sensor has the virtue of small size,light weight, low power consumption and good economy,is used widely in different fields.This paper introduces the working principle of the fluxgate sensor and the digital demodulation method in detail. The design of hardware circuit of the three-component fluxgate geomagnetic field detection device and progamming of MCU are also introduced in this paper. The detection device consists of three-component fluxgate sensors, MCU system, A/D data acquisition circuit and com port communication circuit. The magnetic vector is detected by the three-component fluxgate sensors,signals output from the senors are processed by active filters and amplifiers.Then there are three sinusoidal signals,whose amplitude are proportional to the magnitude of geomagnetic field component. The A/D convertor produces 4 points sampling signals, and transmits data of two cycles to CPU, then CPU send the data to computer via the com port. Finally,the data is processed and analyzed by computer.Keywordsthree componentsgeomagnetic fieldDigital demodulation Data AcquisitionCom Port目录摘要 1Abstrat 21 绪论 11.1 研究三分量磁通门地磁场检测装置的目的和意义 1 1.2 各种测磁仪器 21.3 磁通门测磁仪器的研究现状 52 检测装置的工作原理 62.1 磁通门传感器的工作原理62.2 检测装置的工作原理 82.3 地磁检测装置的主要功能123 三分量磁通门地磁场检测装置的硬件电路设计123.1 前置检测电路的设计 123.1.1 分频电路和信号转换电路的设计: 133.1.2 驱动电路的设计: 133.1.3 选频放大电路的设计: 143.2 16位A/D转换器4倍频采样的硬件设计163.2.1 根据A/D采集电路的设计要求选择合适的A/D: 16 3.2.2 A/D采集电路的设计: 173.3 内部电源的设计184 三分量磁通门地磁场检测装置的的软件设计194.1STC89C54RD+单片机介绍194.2 A/D的软件控制204.3 程序流程图214.4 示例程序214.5 串口发送的硬件设计235 测试结果及分析245.1 分频器电路测试245.2 功率驱动电路的测试 255.3 信号转换电路测试255.4 带通滤波器的测试266 对三分量测量的通道差异进行校正的方案设计286.1 方案1:通过硬件电路的调试进行校正286.2 方案2:通过软件编程对测量结果进行校正29总结30参考文献及参考资料31致谢33英文翻译34英文翻译原文371 绪论1.1 研究三分量磁通门地磁场检测装置的目的和意义在介绍三分量磁通门地磁场检测装置之前,首先介绍一下它的研究目的和意义。
三轴磁力计校准
三轴磁力计校准三轴磁力计是一种用于测量磁场强度的仪器，它可以在三个不同轴向上测量磁场的分量，并通过校准来确保测量结果的准确性和可靠性。
本文将介绍三轴磁力计的校准方法和步骤。
为了进行校准，我们需要了解三轴磁力计的工作原理。
三轴磁力计通常由三个磁场感应器组成，分别测量X、Y和Z轴上的磁场分量。
在没有外部磁场干扰的情况下，三轴磁力计的输出应为零。
然而，由于外界磁场的存在，三轴磁力计的输出可能会发生偏移。
为了校准三轴磁力计，我们需要将其暴露在已知磁场下，并记录其输出值。
校准的目标是通过调整磁力计的输出，使其与已知磁场值相匹配。
以下是三轴磁力计校准的步骤：1. 设置实验环境：将三轴磁力计置于一个无磁场的环境中，远离任何可能产生磁场干扰的物体。
2. 建立坐标系：确定三轴磁力计的坐标系，通常选择X轴为水平方向，Y轴为竖直方向，Z轴为与地球磁场垂直的方向。
3. 校准零点：将磁力计置于无磁场环境中，记录其输出值。
如果输出值不为零，可通过调整磁力计的零点偏移校准参数将其调整为零。
4. 水平校准：将磁力计水平放置，记录其输出值。
根据水平方向的已知磁场值，调整磁力计的水平校准参数，使其输出与已知值相匹配。
5. 竖直校准：将磁力计竖直放置，记录其输出值。
根据竖直方向的已知磁场值，调整磁力计的竖直校准参数，使其输出与已知值相匹配。
6. 水平旋转校准：将磁力计围绕竖直轴进行水平旋转，记录其输出值。
根据旋转角度和已知磁场值，调整磁力计的水平旋转校准参数，使其输出与已知值相匹配。
7. 垂直旋转校准：将磁力计围绕水平轴进行垂直旋转，记录其输出值。
根据旋转角度和已知磁场值，调整磁力计的垂直旋转校准参数，使其输出与已知值相匹配。
通过以上步骤，我们可以完成对三轴磁力计的校准工作。
校准后的磁力计将能够更准确地测量磁场强度，并消除由于外界磁场干扰引起的误差。
需要注意的是，三轴磁力计的校准应在无磁场干扰的环境中进行，并且校准参数应根据实际需求和具体应用进行调整。
mmc5883ma三轴地磁传感器
Product Express I精品推介在汽车制造中，可靠、准确、快速的零部件检测对于制造过程的顺利进行至关重要。
车身必须通过滑撬从一个生产地点安全转移到下一个，钏钉、减振器和其他重要零部件的位置必须进行验证。
倍加福SmartRunner Matcher光截面传感器非常适合这些任务，因为它们使用非常精确的激光束检测高度轮廓，并且无论目标物的表面、颜色和对比度如何，都能生成精确的结果。
此外，该传感器可通过数字开关信号或网关连接所有常见的现场总线，轻松集成到任何控制系统中。
SmartRunner Matcher经过预编程，可直接检测高度轮廓，无论传感器是连接到静态（如传送带部分）还是动态（如机械臂）目标物。
安装后，可以使用示教模式将目标物的形状和轮廓示教到传感器中。
Data Matrix码还可用于轻松地对传感器进行示教，无需重新定位或重新配置。
如果目标物距传感器的距离较大或需要观察较小的结构，也可以使用百万像素版本。
当待测零部件符合示教目标时，传感器输出“良好”信号，然后开始进行下一步。
如果目标物位置错误，则传感器向控制系统发送“不良”信号。
与视觉传感器不同，SmartRunner Matcher的激光传感器在检测过程中不依赖于产品的对比度，并且无需外部照明就能够可靠地检测岀与背景颜色相同的目标物。
此外，当前X和Z位置与示教的X和Z位置的偏差会传递到控制器，每个传感器最多可以存储32个轮廓。
产品特性：•轮廓对比的优化方案；•通过易于处理的数字信号和支持常见现场总线的网关简单集成到任何控制系统当中；•无论检测物的表面、颜色或者对比度如何，都能提供可靠的检测；•无需外部光源，性价比高；•通过Data Matrix码和示教易于配置和调试；•传感器能最多存储和选择32个参考轮廓；•输出X和Z的位置。
美新公司正式推出基于各向异性磁阻（AMR）技术的磁传感器系列最新成员——MMC5883MA。
该产品具有业内高精度，低噪音和低功耗，釆用符合行业标准的小型LGA封装，满足了标准不断提高的工业与无人机应用的需求。
三轴磁力计的应用场景
三轴磁力计应用场景
哎，说起这三轴磁力计嘛，那可是高科技玩意儿，用处多得很嘞！咱们四川人讲究个实用，那就来摆一摆它在哪些地方能派上用场。
首先嘞，你比如说在无人机上，三轴磁力计就起到大作用了。
它能帮无人机精准定位，晓得自己东南西北在哪儿，飞得稳当，不迷路。
这样一来，不管是搞航拍还是送快递，都巴适得很。
再来说说地质勘探。
咱们四川盆地，地下资源多得很。
三轴磁力计往地下一探，就能感应到磁场变化，帮地质学家找到矿产、石油这些宝贝。
这对咱们地方经济发展，可是大有帮助哦。
还有啊，在导航系统上，它也是个得力助手。
现在大家开车、走路都离不开导航，三轴磁力计就能让导航更精准，不受外界干扰，指哪儿打哪儿，再也不怕走错路了。
另外，像那些科研单位、大学实验室里头，三轴磁力计也是常用工具。
研究地球磁场、空间科学这些高大上的领域，都离不开它。
科学家们用它来搞研究，推动科技进步，咱们也跟着沾光。
总之嘞，三轴磁力计这东西，别看它小，作用可大了去了。
在各个领域都能发光发热，给咱们的生活、工作带来不少便利。
所以说，科技改变生活，这话真不假！咱们四川人嘛，就要多了解这些新技术，跟上时代的步伐，才能越活越滋润嘛！。
磁通门传感器原理
磁通门传感器原理磁通门传感器是一种常用的非接触式传感器，它利用磁场的变化来检测物体的位置和运动。
在工业自动化、汽车电子、智能家居等领域都有广泛的应用。
下面将介绍磁通门传感器的原理及其工作方式。
磁通门传感器是一种基于磁敏效应的传感器，它的工作原理是利用磁场对磁通门的敏感特性。
当外部磁场的强度发生变化时，磁通门的导通状态也会发生改变。
磁通门传感器通常由磁敏元件、信号处理电路和输出电路组成。
磁通门传感器的磁敏元件通常采用霍尔元件或磁阻元件。
当外部磁场作用于磁敏元件时，会引起元件内部的电阻、电压或电流发生变化，从而实现对磁场的检测。
信号处理电路会对磁敏元件输出的信号进行放大、滤波和处理，以确保传感器的稳定性和可靠性。
输出电路则将处理后的信号转换为数字信号或模拟信号输出，以供外部系统使用。
磁通门传感器的工作方式通常分为开关型和线性型两种。
开关型磁通门传感器通常用于检测物体的位置和运动状态，当检测到磁场时输出高电平，否则输出低电平。
线性型磁通门传感器则可以实现对磁场强度的精确测量，输出与磁场强度成线性关系的信号。
磁通门传感器具有灵敏度高、响应速度快、寿命长、抗干扰能力强等优点，因此在工业自动化领域得到了广泛的应用。
例如，在机械设备上可以用于检测转子的位置和转速，实现精确的控制和监测；在汽车电子领域可以用于检测车辆的速度和位置，实现智能化的驾驶辅助系统；在智能家居领域可以用于检测家具的开关状态，实现智能化的家居控制。
总之，磁通门传感器作为一种重要的非接触式传感器，在现代工业和生活中发挥着重要作用。
通过对其原理和工作方式的深入了解，可以更好地应用和优化磁通门传感器，推动传感技术的发展和创新。
磁通门传感器
磁通门传感器是利用铁磁体磁化时在饱和区的非线性来测量磁场的装置，是一种稍加改造的变压器式器件，利用外磁场对这种特殊变压器的输出信号产生的某些非对称的调制作用，检测这些调制作用引起的输出信号的任何一种变化来实现对外磁场的测量。
一般的铁磁体都是使用Co基合金，然而铁基非晶合金也具有高饱和磁感应强度和低损耗，极强的耐腐蚀性能和良好的软磁性能的特点。
作为磁通门传感器的探头磁芯，制备出磁通门传感器探头，研究了磁芯的热处理工艺、探头结构及外界条件对探头灵敏度的影响，为磁通门探头的设计提供实验依据。
磁通门电流传感器原理
磁通门电流传感器原理
磁通门传感器是一种非接触式开关，它可以检测电磁流的存在和数量，从而间接地测量目标电路的电流值。
它的工作原理是将一个小体积的稳定磁场投放到电流流路中，再用另一个小磁体在它旁边检测电流流路产生的磁场，从而间接地记录下电流的数值。
磁通门传感器的结构包括一个有一定尺寸的磁体和一个磁场传感单元。
当把磁体放置到目标电路中时，它会产生一个稳定的磁场，这个磁场会被电路流体路产生的电磁流所影响。
由于目标电流的不同，它所产生的电磁流强度也会有所不同，进而影响磁场的走向。
磁场传感单元能够检测这种走向变化，并根据它与目标电流之间的关系反演出电流的值。
也就是说，它检测的是电流的变化，从而精确地测量出电流的值。
当用仪器来测量磁通门传感器性能时，需要将它放置在实际应用目标电路中。
由于电路中流动的电流会产生一个稳定的磁场，磁场传感单元就会检测到稳定的信号，从而精确地测量出电流的值。
无人机捷联航姿系统误差分析与补偿
无人机捷联航姿系统误差分析与补偿朱燕;崔智军【摘要】针对由三轴磁传感器、三轴微机电系统(MEMS)加速度计和三轴MEMS 速率陀螺构成的无人机捷联航姿参考系统(AHRS),在详细分析3种传感器误差来源的基础上,建立了与之相适应的误差数学模型;根据传感器自身特点和九轴传感器的测量特点提出了相对应的误差补偿算法.试验结果表明:磁通门传感器的航向角最大误差由补偿前15°降低为补偿后1.6°;补偿后加速度计的俯仰角最大误差为0.25°,倾斜角最大误差0.35°;速率陀螺的静态误差补偿在3.5 min之内航向角误差为±0.3°,俯仰角补偿后误差±0.4°,倾斜角补偿后误差±0.4°;当速率小于15°/s时,动态误差控制在±1°.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2018(037)008【总页数】5页(P29-32,36)【关键词】航姿参考系统;误差补偿;椭球拟合;位置法;分布补偿【作者】朱燕;崔智军【作者单位】安康学院电子与信息工程学院,陕西安康725000;安康学院电子与信息工程学院,陕西安康725000;西北工业大学电子信息学院,陕西西安710129【正文语种】中文【中图分类】TP2120 引言随着无人机的不断发展，对航向姿态系统的要求越来越高，不仅要实时、准确获取包括俯仰角、倾斜角、航向角等信息，为控制装置提供关键的参数，而且要求其尺寸不断减小、功耗不断降低[1～3]。
另外，由于飞行环境的电磁条件复杂，无人机若要提高系统控制精度，要求传感器采集的数据具有很好的精度，亦要求传感器抗干扰能力强、适应性好[4]，因此设计一种微型化、低功耗、高精度的航向姿态参考系统显得尤为重要。
近年来，利用三轴微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)陀螺、三轴MEMS加速度计以及三轴磁传感器进行姿态测量成为捷联式低成本全固态姿态测量系统研究的热点之一[5,6]。
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关键词：磁通门；三轴磁通门；高温度；磁力仪；姿态测量；导航；制导 中国分类号：O441.5 TP212.13 文献标识码：B 文章编号：
磁通门磁力仪有很多优点，可靠、简单、经济、 耐用，还可以用于运动状态下姿态测量。其领域包 括地磁研究、地质勘探和空间磁场测量研究。本文 所介绍的三轴磁通门磁力仪有四个特点：工作温度 范围宽、测量精度高、分辨率高和尺寸小。 三轴磁通门磁力仪由三轴磁通门探头和高温磁 通门电路组成。三轴三轴磁通门探头由三个测量线 圈和一个共用磁芯构成，测量空间中一个点的磁场 的三个分量。利用 SOI（硅绝缘体）芯片和混合电 路技术，经全密封封装工艺制成一种高温磁通门电 路。 三轴磁通门磁力仪可以在-50℃至+210℃的环境 中工作， 无故障工作时间超过 2000 小时。 因此它很 适合高温井的钻井和测井应用，也适用于可靠性要 求超高的领域。如国防、航空和航天领域。主要用 于微型卫星、小型无人机和旋转弹的姿态测量、导 航和制导。
3
三轴磁通门磁力仪频率响应测试
频率响应测试可以很好的检测三轴磁通门磁力 仪的动态输出特性。 将三轴磁通门磁力仪安装在亥姆霍兹线圈中心 处，利用交变电压在亥姆霍兹线圈内产生 0.5Hz 到 80Hz 的正弦波磁场。亥姆霍兹线圈示意如图 3.1 所 示。
图 1.2 磁芯的导磁状态和饱和状态
如图 1.3 所示，磁芯的状态在一个周期内跃变 四次，致使测量线圈内的磁通量发生四次变化，从 而产生四个感应电压脉冲 PICKUP1 、 PICKUP2 、 PICKUP3、PICKUP4。
三轴磁通门磁力仪的研究
张跃 1，曹晨啸 1，王晓瑞 1，孙光飞 2
(1.北京纳特斯拉科技有限公司, 北京 100074;2.北京科技大学, 北京 100083)
摘
要：三轴磁通门磁力仪是一种三轴一体的磁力仪，可以测量空间中一个点的磁场的三个分量。电路部分是利用 SOI
（硅绝缘体）芯片、混合电路技术经全密封封装工艺制成。可在-50℃至 210℃环境中正常工作，寿命超过 2000 小时，稳 定可靠。外形体积小，可在微型卫星、小型无人机等领域应用。三轴磁通门磁力仪可广泛用于地质、国防、航空和航天等 领域的姿态测量、导航和制导。
6
三轴磁通门磁力仪温度建模标定
图 4.1 三轴磁通门磁力仪的分辨力
5
三轴磁通门磁力仪噪声测试
三轴磁通门磁力仪温度建模的标定系数如下： FXBias、FYBias、FZBias 分别为 XYZ 轴在当前温 度下的零位系数；FXScale、FYScale、FZScale 分别 为 XYZ 轴在当前温度下的比例系数；FcosXY、 FcosXZ、FcosYX、FcosYZ、FcosZX、FcosZY 分别 为 XYZ 轴在当前温度下的敏感轴角度系数的余弦 值。 通过多个温度下的标定，计算出各个温度下的 标定系数，如表 6.1 和表 6.2。
图 3.1 亥姆霍兹线圈
在各种频率的正弦波磁场下，用示波器采集亥 姆霍兹线圈电流和三轴磁通门磁力仪的输出 , 如图 3.2。 CH1 代表亥姆霍兹线圈的磁场波形， CH2 代表 X 轴输出电压，CH3 代表 Y 轴输出电压， CH4 代表 Z 轴输出电压。
图 1.3 磁芯的激励电流和测量线圈的感应电压
Abstract：Triaxial fluxgate magnetometer sensor is a magnetic sensor, which enclosed three orthogonal measurement coils in one housing, and it allows the three magnetic field components simultaneously to be measured at the same point in space, resolution is less than±1nT.With SOI (Silicon on Insulator) electronics wafer, hybrid circuit technology and hermetic seal packaging，triaxial fluxgate magnetometer works in the temperature range from -50℃to 210℃, and to survive over 2000 hours. It is stable and reliable. Its small size makes it to be suitable for micro-satellite, small UAV and rotating missile. Triaxial fluxgate magnetometer can be widely used in the field of geology, defense, aviation and aerospace for attitude measurement, navigation and guidance application. Key words: Triaxial Fluxgate magnetometer, high temperature, magnetometer, attitude measurement, navigation, guidance
-70 -75
120 116
北京纳特斯拉科技有限公司
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Axis Y(nT)
112 108 104 100 1 101 201 301 401 501
Axis Z(nT)
频率响应测试说明了三轴磁通门磁力仪在高速 旋转时， 输出的幅值衰减和相位差的特性及精确值。
-80 -85 -90 -95 1 101 201 301 401 501
Y Axis Pickup Coil
PHASE SENSITIVE RECTIFIER
Y Axis Output
Z Axis Pickup Coil
PHASE SENSITIVE RECTIFIER
Z Axis Output
图 3.2 三轴磁通门磁力仪的频率响应
DRIVE AMPLIFIER Tri Axis Fluxgate Core
f
2f OSCILATOR
图 2.1 高温磁通门电路原理图
每个轴的测量电路对该轴测量线圈输出的四个 感应电压脉冲进行取样和积分，按照积分后的电压 值，再给该轴测量线圈加反馈电流，使该轴测量线
地址：北京市丰台区创成大厦 508 室
如表 3.1，Xp-p 为 X 轴幅值，Yp-p 为 Y 轴幅值， Zp-p 为 Z 轴幅值，φ（X）为 X 轴正弦波的相位差， φ（Y）为 Y 轴正弦波的相位差，φ（Z）为 Z 轴正 弦波的相位差。由表 3.1 中的幅值，可以算出带宽 为 60Hz。
三轴磁通门传感器
北京纳特斯拉科技有限公司
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A Study of Triaxial Fluxgate Magnetometer
Yue Zhang1, Chenxiao Cao1, Xiaorui Wang1, Guangfei Sun2
(1.Beijing Nano Tesla Technology Co. Ltd, Beijing 100074 China; 2. University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083 China,)
三轴磁通门探头如图 1.1 所示，三轴磁通门探
地址：北京市丰台区创成大厦 508 室
如图 1.2 所示，三轴磁通门探头的磁芯周期性 地处在导磁状态或饱和状态。磁芯在导磁状态下， 磁力线向磁芯处聚集，测量线圈中的磁通量变大； 磁芯在饱和状态下，磁力线由磁芯处散开，测量线
邮箱：zhangyue@
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三轴磁通门磁力仪分辨力测试
利用亥姆霍兹线圈同步产生三轴正弦波磁场， 幅值±1nT、 频率 2Hz。 将三轴磁通门磁力仪安装在 亥姆霍兹线圈中心位置，测量该正弦波磁场。 对三轴磁通门磁力仪的输出进行滤波处理，去 掉地球直流磁场和 50Hz 工频磁场，可以看出频率 2Hz、 幅值±1nT 的三路同步正弦波磁场， 失真度小 于 50% 。证明三轴磁通门磁力仪的分辨率达到 ±1nT 。如图 4.1，横坐标表示时间，纵坐标表示 磁场。
联系人：张跃
三轴磁通门传感器 圈中的磁通量变小。这个磁芯形成了一个‘门’， 开启和关闭测量线圈中的磁通量。
北京纳特斯拉科技有限公司 2 圈产生的磁场完全抵消该轴的磁场分量。测量电路 共三路，使三个轴的测量线圈中的磁场为零，所以 测量电路是闭环测量，三路测量线圈中的反馈电流 精确对应磁场的三个分量。
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高温磁通门电路
高温磁通门电路包括激励电路和测量电路。如 图 2.1 所示，激励电路由振荡器及放大驱动电路构 成，给磁芯提供激励电流。测量电路由放大电路、 相敏整流、滤波积分电路和反馈电路组成。
PHASE SENSITIVE RECTIFIER X Axis Output
X Axis Pickup Coil
联系人：张跃
邮箱：zhangyue@
三轴磁通门传感器
表 3.1 三轴磁通门磁力仪在不同频率下的幅值和相位差
B(nT) 103000 103000 103000 103000 103000 103000 103000 103000 103000 103000 103000 103000 f(Hz) 0.5 1 2 4 8 16 32 40 48 56 64 80 Xp-p(V) 6.8 6.8 6.8 6.8 6.8 6.4 6.0 5.6 5.2 5.1 4.5 4.0 Yp-p(V) 6.8 6.8 6.8 6.8 6.8 6.8 6.0 6.0 5.9 5.5 5.2 4.4 Zp-p(V) 6.4 6.4 6.4 6.4 6.2 6.2 5.6 5.3 5.0 4.7 4.4 3.6 φ（X） 0° 0° 0.5° 1° 20° 30° 52° 65° 78° 91° 104° 122° φ（Y） 0° 0° 0.5° 1° 20° 30° 52° 65° 78° 91° 104° 122° φ（Z） 0° 0° 0.5° 1° 20° 30° 52° 65° 78° 91°.7 -24.2 -2.3 25.9 50.0 109.7 150.0 186.5 186.8 166.4 131.3 FXBias 0.0379 0.0377 0.0379 0.0377 0.0374 0.0367 0.0353 0.0334 0.0334 0.0334 0.0333 FYBias 0.0036 0.0037 0.0040 0.0044 0.0051 0.0063 0.0067 0.0066 0.0066 0.0066 0.0057 FZBias 0.0024 0.0021 0.0024 0.0031 0.0037 0.0051 0.0055 0.0057 0.0057 0.0057 0.0049 FXScale 6.2852 6.4459 6.4764 6.5109 6.5388 6.5853 6.6079 6.6437 6.6535 6.6485 6.5930 FYScale 6.1110 6.2626 6.2852 6.3084 6.3273 6.3609 6.3782 6.4093 6.4189 6.4141 6.3734 FZScale 6.2391 6.3914 6.4151 6.4379 6.4567 6.4823 6.4987 6.5291 6.5392 6.5343 6.4938