基于动态磁滞模型的时间差型磁通门传感器性能提升研究

发布时间：2021-02-05 23:00

　　自“十三五”科技创新发展规划提出以来,对深地、深空、深海的探索从未停止,磁传感器在其中扮演着重要的角色。磁通门传感器因为其工作稳定,结构简单等特点,是探测低频或直流磁场的主要手段。由于磁测需求不断提高,国际上掀起了对新型磁通门传感技术的探索浪潮,旨在研究结构更简单、指标更优良,适用范围更广的磁通门磁力仪。时间差（RTD）型磁通门传感技术是一种新型的磁通门磁测技术,它采用时间域的测量方法,有效规避了传统偶次谐波型磁通门无法避免的探头对称性误差,具有结构简单,功耗低等特点。自2005年以来,国际上开展了对RTD型磁通门传感器细致的研究,其中涉及到对传感器工作原理的分析,传感器敏感元件的结构、外围电路进行了设计,取得了一定得成果。但是磁芯的磁滞特性是磁通门传感器的基础,磁滞回线的内在波动特性限制了该传感器性能的进一步提升。因此,本文从磁芯的内禀参数矫顽力出发,以矫顽力的波动性表征磁滞回线的波动性,分析并量化了矫顽力的波动对传感器输出的影响,建立了RTD型磁通门传感器的动态磁滞模型。在此基础上对传感器灵敏度和噪声水平进行了研究,建立了RTD型磁通门传感器的近零磁场下的灵敏度模型和噪声传递模型;... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：145 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
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第1章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 弱磁检测中的磁通门传感器
        1.1.2 磁通门磁力仪的研究背景
        1.1.3 磁滞回线模型的研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 磁通门传感器的研究现状
        1.2.2 RTD型磁通门传感器及磁滞模型的研究现状
        1.2.3 RTD型传感技术研究中存在的问题
    1.3 本文研究目的和意义
    1.4 论文研究内容和结构安排
        1.4.1 论文研究内容
        1.4.2 论文结构安排
第2章 RTD型磁通门的磁滞状态分析及传感原理
    2.1 引言
    2.2 磁滞模型的理论基础
        2.2.1 磁芯的磁化过程
        2.2.2 静态磁滞:Jiles-Atherton模型
        2.2.3 动态磁滞:自由能（Free energy）模型
    2.3 RTD型磁通门传感原理及其数学描述
    2.4 本章小结
第3章 RTD型磁通门传感器的动态磁滞模型
    3.1 引言
    3.2 动态磁滞模型研究
        3.2.1 矫顽力的随机分布特性
        3.2.2 双稳态系统的势能函数
        3.2.3 RTD型磁通门传感器的动态磁滞回线模型
    3.3 验证矫顽力的波动性
        3.3.1 动态磁滞测量系统设计
        3.3.2 矫顽力波动性的测量结果及其对传感器性能影响的量化分析
    3.4 本章小结
第4章 基于动态磁滞的近零磁场下的RTD型磁通门的灵敏度模型
    4.1 引言
    4.2 RTD磁通门传感器灵敏度建模
        4.2.1 不同激励波形下的灵敏度
        4.2.2 动态差分磁导率表征的磁芯磁滞状态
        4.2.3 动态差分磁导率测量系统设计
    4.3 灵敏度模型的计算及结果
        4.3.1 实验条件
        4.3.2 实验结果分析
    4.4 本章小结
第5章 基于动态磁滞模型的噪声性能优化分析
    5.1 引言
    5.2 RTD型磁通门传感器的噪声源
        5.2.1 传感器系统的电子噪声
        5.2.2 磁芯内部的磁噪声
        5.2.3 RTD型磁通门的噪声传递模型
    5.3 RTD磁通门传感器的信噪比优化方法
        5.3.1 噪声源与噪声抑制方法
        5.3.2 噪声测量结果
    5.4 本章小结
第6章 RTD型磁通门传感器设计
    6.1 引言
    6.2 RTD磁通门传感器的探头结构设计
        6.2.1 磁芯的退磁效应
        6.2.2 RTD型磁通门探头的结构设计
    6.3 激励条件及磁芯材料选择
        6.3.1 磁性材料的选择
        6.3.2 激励条件的选择
    6.4 信号调理电路及传感器系统设计
        6.4.1 信号调理电路设计
        6.4.2 传感器系统设计
    6.5 本章小结
第7章 RTD型磁通门传感器测试及处理
    7.1 引言
    7.2 RTD型磁通门传感器实验测试及结果分析
    7.3 基于时频分析的性能提升方法
        7.3.1 SFTD方法的意义及目的
        7.3.2 SFTD方法
        7.3.3 SFTD方法的测试及实验结果
    7.4 本章小结
第8章 总结与展望
    8.1 主要研究工作与成果
    8.2 本文的创新点
    8.3 后续工作展望
参考文献
作者简介及攻读博士期间科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]星载感应式磁力仪前置放大电路的研究与进展[J]. 许明,王先荣,王鹢.  真空与低温. 2018(05)
[2]火星车磁通门磁强计技术[J]. 赵琳,杜爱民,乔东海,孙树全,张莹,区家明,郭志芳,李智,冯晓,顾少燃,李峰.  深空探测学报. 2018(05)
[3]地震电磁扰动感应式磁传感器研制[J]. 卢永,张敏,王佳,单菡,戴波.  中国地震. 2018(01)
[4]多分量地震监测系统AETA的感应式磁传感器磁棒研制[J]. 雍珊珊,王新安,庞瑞涛,金秀如,曾敬武,韩朝相,徐伯星.  北京大学学报(自然科学版). 2018(03)
[5]弱磁测量传感器的发展与应用[J]. 银鸿,杨生胜,郑阔海,文轩,庄建宏,王俊.  真空与低温. 2017(05)
[6]软磁材料基本磁滞回线测量方法与测量装置的研究[J]. 朱永红,虞志书,向礼雄,扶春燕,瞿清昌.  金属功能材料. 2016(05)
[7]基于磁阻传感器的磁靶向药物实时示踪系统设计[J]. 王延花,王旋,敦煌俊秋,汤福南,吴小玲.  南京医科大学学报(自然科学版). 2014(09)
[8]微型正交激励磁通门结构设计[J]. 郭博,刘诗斌,杨尚林.  传感技术学报. 2014(07)
[9]磁滞回线测量方法与Simulink仿真分析研究[J]. 曹鸿泰,黄汝霖,姚缨英.  机电工程. 2014(03)
[10]铁芯参数对磁通门输入输出特性影响分析[J]. 杨尚林,刘诗斌,郭博,李学亮,秋颂松.  传感技术学报. 2014(01)

博士论文
[1]时间差型磁通门传感器理论建模与实验研究[D]. 杨波.南京理工大学 2015
[2]时间差型磁通门传感器研究[D]. 卢浩.吉林大学 2012

硕士论文
[1]RTD型磁通门传感器数字量化技术研究[D]. 吴树军.吉林大学 2014
[2]超导量子干涉仪应用研究[D]. 陈林.华中科技大学 2006



本文编号：3019721