本发明专利技术公开了一种高性能地磁场模拟装置设计及制作方法，包括，一种磁场发生器的设计方法，根据上述的设计方法制备磁场发生器，利用上述磁场发生器制备高性能地磁场模拟装置，该高性能地磁场模拟装置在工作方法中还引入了负反馈方法，该方法可以通过对输出电流进行相应微调来控制匀强磁场的大小及方向，从而保证磁场发生器的设计精度。本发明专利技术设计的地磁场模拟器精度高，响应速度快，可准确模拟出所需的地磁场强度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于磁场环境模拟
，具体设及一种高性能地磁场模拟装置设计及 制作方法。
技术介绍
随着现代小卫星技术的发展，卫星的姿态确定和控制方式也越来越多样化，而利 用地磁场来实现卫星的姿态确定和控制是目前非常实用且方便的方法之一。为了有效验证 卫星姿态确定和控制系统方案设计的正确性，或进行控制系统故障仿真与故障对策试验研 究，都需要设计地面全物理或半物理仿真系统。对于采用地磁场矢量的姿态确定方法及纯 磁控的姿态控制方法，都需要模拟小卫星上天后在卫星轨道上所处位置的磁场环境。经过 对现有地磁场模型的计算发现，小卫星在近地轨道处的磁场可近似看为匀强磁场，地磁场 模拟装置就是用来产生此匀强磁场的主要设备。该装置利用方形通电线圈来产生磁场，并 由计算机W及高精度程控电流源来控制通过线圈电流的大小和方向，进而控制磁场的大小 和方向。由于地磁场模拟装置具有结构简单、功耗低、精度高、工作稳定的特点，在现代小卫 星姿态控制的地面模拟系统中应用非常广泛，设计一种方便、可靠、精度高的地磁场模拟装 置对于进行卫星姿态确定及控制的地面仿真至关重要。 传统的匀强磁场发生装置大部分使用圆形或方形的亥姆霍兹线圈来产生磁场，即 每个轴上采用两个相互平行的线圈来产生匀强磁场，该种装置所产生磁场的均匀范围比较 小，且产生磁场的均匀性较差，若想获得较大区域的匀强磁场，则需使用尺寸更大的线圈， 该从性能上极大降低了磁场发生器的使用范围。此外，单一的开环控制系统无法满足产生 高精度磁场的设计要求，即实际产生的磁场值与所设计磁场值之间有较大误差。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种可W产生磁 场精度高、均匀性强、均匀磁场区域大的高性能地磁场模拟装置设计及制作方法。 为解决上述技术问题，本专利技术采用的一种技术方案是，一种磁场发生器的设计方 法，该磁场发生器为梅里特磁场发生器，梅里特发生器包括X轴、y轴和Z轴=个互相垂直 设置的梅里特线圈，各梅里特线圈均包括有四个相互平行且间隔放置的方形导线线圈1至 线圈4,其中线圈1至线圈4连接方式为串联，本设计方法包括W下步骤： 步骤1 ;确定磁场发生器中线圈在X轴方向上磁场强度B的公式：【主权项】1. 一种磁场发生器的设计方法，其特征在于，该磁场发生器（3)为梅里特磁场发生器， 所述梅里特磁场发生器包括X轴、 y轴和z轴三个互相垂直设置的梅里特线圈，所述各梅里 特线圈均包括有四个相互平行且间隔放置的方形导线线圈1至线圈4,所述线圈1至线圈4 连接方式为串联，本设计方法包括以下步骤： 步骤1 :确定磁场发生器中线圈在X轴方向上磁场强度B的公式：其中，B为线圈在X轴轴线方向上产生的磁场强度的大小，X为该X轴线上任意一点到 原点O的距离，μ C1为真空中磁导率，N1为线圈1、线圈4的通电导线匝数，N2为线圈2、线圈 3的通电导线匝数，L 1为线圈1、2之间的距离，L 2为线圈2、3之间的距离，L 3为线圈3、4之 间的距离，I为流过导线的电流大小，α为方形线圈的边长；所磁场发生器述1^与L 3的值相 等；所述y轴和ζ轴方向上磁场强度B的确定方法与X轴轴线方向上确定磁场强度B的方 法相同； 步骤2 :根据步骤1中计算磁场强度B的公式，在磁场强度变化小于等于1 %时产生的 最大匀强磁场区域，确定出制备磁场发生器的一组最优参数值。2. 按照权利要求1所述的一种磁场发生器的设计方法，其特征在于，所述步骤2的具体 方法为：所述最优参数Nn N2、LjP L 2是利用MATLAB软件进行处理，将N n N2、LjP L 2设置 为可变参数，利用枚举法确定该组最优参数值Nl、N2、LdP L 2。3. 按照权利要求2所述的一种磁场发生器的设计方法，其特征在于，所述的最优参数 值中匝数N1是匝数N 2的2倍，线圈间距L1= L 3= 0. 343a，L 2= 0. 307α，其中α为方形导 线线圈的边长。4. 按照权利要求1、2或3所述的设计制备磁场发生器的方法，其特征在于，包括： 制备12个线圈框架，分为三组，所述线圈框架为方形且外侧设置有凹槽，每组的四个 线圈框架平行设置，线圈框架边长及线圈框架之间的距离为最优参数值； 制备三组梅里特线圈，将每组线圈绕制在线圈框架的凹槽内，所述线圈绕线方向相同， 且连接方式为串联； 所述每组梅里特线圈分别垂直于其他两组梅里特线圈所在的平面，每组梅里特线圈的 线圈框架也要分别与另外两组梅里特线圈的线圈框架互相垂直。5. -种包含有权利要求1至权利要求4中任一磁场发生器的高性能地磁场模拟装置， 其特征在于：包括控制装置（1)、程控电流源（2)、磁场发生器（3)和三轴磁强计（4)，所述 磁场发生器（3)的三组线圈分别与程控电流源（2)的三个输出端口对应相连接，所述程控 电流源（2)用于控制磁场发生器（3)在X轴、y轴、ζ轴上产生匀强磁场的大小和方向，所述 程控电流源（2)还与控制装置（1)相连接，所述控制装置（1)与三轴磁强计（4)通过串口 通信相连接，所述三轴磁强计（4)设置于磁场发生器（3)产生的匀强磁场区域中。6. 按照权利要求5所述的一种高性能地磁场模拟装置，其特征在于：所述的控制装置 (1)为仿真控制计算机。7. -种如权利要求5所述的一种高性能地磁场模拟装置的工作方法，其特征在于，记 录所述三轴磁强计（4)实际测量磁场强度值，并将该数据传输给控制装置（1)，所述控制装 置（1)将该数据与磁场强度的理论值比较，当实时测量的磁场强度值大于理论值时，控制 装置⑴发出指令，减小程控电流源⑵的输出电流，反之则增大输出电流，如此反复进行 直到实际测量的磁场强度值与磁场强度的理论值之间的相对误差达到误差要求范围内。【专利摘要】本专利技术公开了，包括，一种磁场发生器的设计方法，根据上述的设计方法制备磁场发生器，利用上述磁场发生器制备高性能地磁场模拟装置，该高性能地磁场模拟装置在工作方法中还引入了负反馈方法，该方法可以通过对输出电流进行相应微调来控制匀强磁场的大小及方向，从而保证磁场发生器的设计精度。本专利技术设计的地磁场模拟器精度高，响应速度快，可准确模拟出所需的地磁场强度。【IPC分类】G01C25-00, G01C21-08【公开号】CN104748762【申请号】CN201510111769【专利技术人】冯乾, 杨家男, 刘勇, 黄煦晨, 王易周, 李毅兰, 潘泉 【申请人】西北工业大学【公开日】2015年7月1日【申请日】2015年3月13日本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磁场发生器的设计方法，其特征在于，该磁场发生器(3)为梅里特磁场发生器，所述梅里特磁场发生器包括x轴、y轴和z轴三个互相垂直设置的梅里特线圈，所述各梅里特线圈均包括有四个相互平行且间隔放置的方形导线线圈1至线圈4，所述线圈1至线圈4连接方式为串联，本设计方法包括以下步骤：步骤1：确定磁场发生器中线圈在x轴方向上磁场强度B的公式：B=4μ0N1Ia2π(a2+4x2)2a2+4x2+4μ0N2Ia2π(a2+4(L1-x)2)2a2+4(L1-x)2+4μ0N2Ia2π[a2+4(L1+L2-x)2]2a2+4(L1+L2-x)2+4μ0N1Ia2π[a2+4(L1+L2+L3-x)2]2a2+4(L1+L2+L3-x)2;]]>其中，B为线圈在x轴轴线方向上产生的磁场强度的大小，x为该x轴线上任意一点到原点O的距离，μ0为真空中磁导率，N1为线圈1、线圈4的通电导线匝数，N2为线圈2、线圈3的通电导线匝数，L1为线圈1、2之间的距离，L2为线圈2、3之间的距离，L3为线圈3、4之间的距离，I为流过导线的电流大小，ɑ为方形线圈的边长；所磁场发生器述L1与L3的值相等；所述y轴和z轴方向上磁场强度B的确定方法与x轴轴线方向上确定磁场强度B的方法相同；步骤2：根据步骤1中计算磁场强度B的公式，在磁场强度变化小于等于1％时产生的最大匀强磁场区域，确定出制备磁场发生器的一组最优参数值。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：冯乾，杨家男，刘勇，黄煦晨，王易周，李毅兰，潘泉，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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