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磁通门磁力仪自动补偿与传感器小型化的设计

李江  
【摘要】: 磁通门磁力仪是直接测量地磁场分量的矢量磁力仪,是一种基于“软”磁材料磁化特性的非线性的地磁相对记录仪器。随着地磁数据自动化处理的发展,磁通门磁力仪在地磁观测中的应用也越来越广泛。 本文从介绍磁通门传感器的分类入手,详细分析了单棒型、双棒型和环型磁通门传感器的工作原理,并且深入讨论了磁通门传感器的噪声与退磁系数的关系以及噪声与传感器尺寸的关系。本文还介绍了三种常用的磁通门磁力仪信号检测方法:调谐放大检测、短路偶合检测和视矫顽场强度检测方法,并分析了各种方法的优缺点。 本文还分析了小型化传感器的实现可行性,分析了磁通门传感器的信噪比、灵敏度、退磁系数、感应输出与传感器磁芯直径、厚度和磁芯匝数的关系,论证了传感器小型化的可行性,总结了在设计磁通门传感器时所应遵循的基本原则,并且设计制作了两种尺寸的传感器,从实验角度论证了传感器小型化的可行性。 目前,地磁观测趋向于简单化、自动化和数字化,地磁资料也要求完整性和连续性,因此地磁仪器的发展趋势就是实现自动化及数字化,地磁台站实现无人职守。作为相对观测的磁通门磁力仪,不仅要求其观测精度应满足要求,而且还要求仪器具有长期稳定性和良好的温度特性,而对磁通门磁力仪的长期稳定性和温度特性有重要影响的部分就是仪器的补偿部分。本文分析了磁通门磁力仪的补偿原因和补偿原理,通过对传统补偿方法的分析提出了基于自动控制理念的自动补偿方法,并设计了实现电路、编制了程序,从而实现了磁通门磁力仪的自动补偿,并且作了补偿的稳定性和温度性实验,实验结果表明自动补偿效果优于传统的补偿方法。


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