基于内部级数法的高均匀度磁传感器标定装置设计.pdf

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1、2015年仪表技术与传感器2O15第3期InstrumentTechniqueandSensorNo．3基于内部级数法的高均匀度磁传感器标定装置设计金多，程德福，王言章，周志坚(吉林大学仪器科学与电气工程学院，吉林长春130061)摘要：在对磁传感器进行标定时，Maxwell线圈在磁梯度场均匀度要求高且对线圈空间尺寸有严格限制时并不适用，针对这个问题设计了一种具有高均匀度的磁梯度线圈作为磁传感器标定装置。应用内部级数法对单个轴对称线圈产生的磁场进行数理分析，进而得到其磁场梯度分布的一般特性，在此基础上计

2、算出高均匀度磁梯度线圈的结构参数与均匀度。对线圈模型进行仿真分析并完成了磁梯度线圈装置的设计和制作。最后，根据仿真结果与实际测量得到的数据，验证了设计的正确性。关键词：磁传感器；内部级数法；均匀度；标定；仿真中图分类号：TM937．1文献标识码：A文章编号：1002-1841(2015)03—0036—03DesignofMagneticSensorCalibrationDevicewithHighUniformityBasedonInternalSeriesMethodJINDuo，CHENGDe—f

3、u，WANGYan—zhang，ZHOUZhi-jian(CollegeofInstrumentationandElectricalEngineering，JilinUniversity，Changchun130061，China)Abstract：Maxwellcoilcannotcalibratethemagneticsensorwhenthehighuniformityofmagneticgradientisrequiredandthespacesizeisstrictlylimited．Toso

4、lvethisproblem，amagneticgradientcoilwithhighuniformitywasdesignedasmagneticsensorcalibrationdevice．Internalseriesmethodwasusedtoanalysethemagneticfieldthatasingleaxialsymmetriccoilgenerated，andthegeneralcharacteristicsofthemagneticgradientfielddistributi

5、onweregot．Onthisbasis，thestructuralparametersandtheuniformityofmagneticgradientcoilwithhighuniformitywerecalculated．Simulationanalyseswerecarriedoutonthecoilmodelandthedesignandproductionofmagneticgradientcoildevicewerefinished．Finally，thedataobtainedfro

6、mactualmeasurementandsimulationprovedthecorrectnessofthedesign．Keywords：magneticsensor；internalseriesmethod；uniformity；calibration；simulation0引言1单个轴对称线圈的磁场梯度分析在磁法勘探领域，与传统的磁场测量相比，磁梯度测量有无论磁场线圈的结构如何变化，其基本单元都是单个轴对着显著的优势，如对磁分辨率高，基本不受地磁日变和正常场称圆环线圈，所以首先应分析单个圆环线

7、圈的磁场梯度分布情等因素的影响等，磁梯度测量已在航空磁测、海洋磁测及井况，以此为基础来设计高均匀度磁梯度线圈装置。中磁测等领域得到广泛的应用[3-4]。而在磁传感器研制过程根据电磁场理论可知，在没有电流存在的区域，必定存在中，可通过标定的方法来检测其磁梯度测量的性能指标，一般标量磁位U，并且其满足拉普拉斯方程选择磁梯度线圈作为标定装置。Um：0(1)在现有的磁梯度线圈装置中，最常见的是Maxwell线圈，它通过解拉普拉斯方程，可以得到线圈在中心点附近的磁场和Helmhohz线圈的设计方法类似，区别仅仅是

8、电流的方向和强度的级数形式]：线圈半径与间距的关系，Helmhohz线圈可以产生一定均匀度的均匀磁场，而Maxwell线圈则可以产生均匀磁梯度场。但是(r，)：∑noAnrnP(COS)(2)Maxwell线圈所产生的磁梯度场的均匀度不高，在对均匀度要∞'(r，)：∑A--l~-rnsinOP(cos)(3)求高的场合下，只能通过增大线圈的几何尺寸来满足要求。显然，这样不仅在制作线圈与实际应用时非常不便，而且在对线式中：r和0为球坐标分量；