星载磁测载荷电子学单元研究

发布时间：2020-06-22 11:40

【摘要】：随着人们在外太空探索的范围越来越广,对太空行星磁场测量的仪器提出越来越高的要求,如更宽的动态范围、更高的稳定性和可靠性等。同时,磁场测量,尤其是空间科学的磁场测量受到严格技术要求的限制,比如体积、重量、功耗和自身磁干扰等因素。数字磁通门技术的发展为空间磁测提供一套新的途径。数字磁通门磁强计在前置放大器之后直接转换为数字信号,因此可以做到重量小、低功耗和大的动态范围。本文应用全数字式反馈磁通门技术,面向火星表面磁场探测仪的电子学单元展开了研究,主要的工作如下:(1)建立了单磁芯型磁通门传感器的数学模型。通过对单磁芯磁通门感应信号的数学推导,得知只要磁芯的磁导率随着激励磁场的变化而变化,在感应信号中就会出现随着环境磁场变化而变化的偶次谐波成分,这是测量环境磁场的理论依据。(2)设计了采用数字闭环结构的磁测载荷系统结构。设计了包括电源电路、感应信号采集电路、DAC反馈电路、通信接口电路和多通道温度采集电路在内的磁测载荷电子学单元硬件电路。(3)完成了磁测载荷FPGA的设计。根据自顶向下的设计方法,完成了对磁测载荷FPGA的功能划分、顶层模块设计、子模块的设计等,完成了磁测载荷FPGA代码的详细设计,并提出了磁测载荷系统验证与测试的实验方法。设计完成的磁测载荷电子学单元,并和磁通门探头一起通过了 FPGA代码验证与仿真、磁测系统的测试、磁测系统的验证。磁测载荷量程能够达到± 65000nT,分辨率高达0.05nT。实际测试表明该磁测载荷性能良好,达到了火星表面磁场测量仪的要求。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V447
【图文】：

探头设计,磁测,载荷,线圈

系统的磁探头。逡逑磁通门传感器探头主要由外壳、磁芯、线圈、电容、骨架结构、温度传感器和基逡逑座组成，整体结构如图２－１所示。逡逑今＿Wｒ逡逑图２－１磁测载荷探头设计图逡逑磁通门探头的多组线圈主要是指激励线圈、感应线圈和反馈线圈。这些线圈由多逡逑圈直径为０．２ｍｍ的漆包线绕制而成，构成同心线圈组。由于采用的线圈为无骨线圈，逡逑所以还设计了硬质骨架支撑。该探头采用了铝合金材料２Ａ１２－Ｔ４作为支撑骨架，材料逡逑具有硬度大、重量轻、热膨胀系数与线圈接近，便于加工等优点。骨架由四根立柱、逡逑四根横柱及两个横梁组成，立柱通过螺丝固定于外壳底板上，线圈与骨架之间采用航逡逑天专用胶水进行粘合固定。逡逑如图２－２所示，磁测载荷的磁探头线圈包含用于测量三个方向磁场矢量值的线圈，逡逑这些线圈分别为激励线圈、感应线圈和反馈线圈。由于测量每个分量都需要三组线圈，逡逑因此每个磁探头共包含九组线圈。这些线圈环绕在磁芯周围，构成同心线圈组。设计逡逑线圈的一个难点在于保证这些测量三个分量磁场的线圈尽量保持严格正交

骨架结构图,载荷线,磁测,线圈

【参考文献】