一种多量程的数字磁通门磁力仪制造技术

本发明专利技术提供了一种多量程的数字磁通门磁力仪，包括：三轴磁通门传感器、前置放大器、AD转换器、数字信号处理电路、DA转换器、反馈电流驱动器和电源电路；所述的前置放大器对三轴磁通门传感器经外界磁场感应得到的电压信号进行放大处理，并通过AD转换器转化为数字信号；所述的数字信号经数字信号处理电路处理后，将生成的能够反应外界磁场矢量信息的信号分两路传输，其中一路信号向外输出，另一路信号经AD转换器转化为模拟信号后，通过反馈电流驱动器输入至三轴磁通门传感器的反馈线圈，形成闭环回路；所述的反馈电流驱动器内置电流继电器，用于控制闭环回路中的反馈电流强度。采用电流继电器实现磁场测量范围的多量程控制，提高了磁力仪的适用性。

【技术实现步骤摘要】
一种多量程的数字磁通门磁力仪
本专利技术涉及空间探测领域，具体涉及一种多量程的数字磁通门磁力仪。
技术介绍
针对空间物理研究，通常采用磁通门磁力仪进行空间磁场的矢量测量。磁通门技术最早于1930年由德国人开发，并在同一时期开始进入实用阶段。其对磁场探测的范围跨度很大(+/-65000nT)，分辨率要求高(噪声低于0.05nT/Hz1/2@1Hz)，正负65000nT即指测量范围为130000nT，若分辨率为16位则探测精度为130000nT/216≈1.98nT，而测量范围为1000nT时探测精度为1000nT/216≈0.015nT，所以采用传统单一量程的常规磁通门磁强计很难同时满足测量范围与分辨率的双重要求。另外，受磁力仪本身结构的限制，使其只能针对固定的磁场范围进行监测，无法进行测量量程的调节，导致磁力仪的适用范围受限。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为解决现有的磁通门磁强计无法同时满足测量范围与分辨率高要求的技术问题，提供一种多量程的数字磁通门磁力仪，该数字磁通门磁力仪能够提高磁场的探测精度，降低磁通门磁力仪电路复杂程度，减小仪器体积，降低仪器功耗，提升可靠性及温度漂移特性，适用范围广泛。为实现上述目的，本专利技术提供的一种多量程的数字磁通门磁力仪，包括：三轴磁通门传感器、前置放大器、AD转换器、数字信号处理电路、DA转换器、反馈电流驱动器和电源电路；所述的前置放大器对三轴磁通门传感器经外界磁场感应得到的电压信号进行放大处理，并通过AD转换器转化为数字信号；所述的数字信号经数字信号处理电路处理后，将生成的能够反应外界磁场矢量信息的信号分两路传输，其中一路信号向外输出，另一路信号经AD转换器转化为模拟信号后，通过反馈电流驱动器输入至三轴磁通门传感器的反馈线圈，形成闭环回路；所述的反馈电流驱动器内置电流继电器，用于控制闭环回路中的反馈电流强度；所述的电源电路用于为数字磁通门磁力仪供电。作为上述技术方案的进一步改进，所述的数字信号处理电路包括：相敏解调器、积分器、降采样器和spacewire总线；所述的相敏解调器、积分器和降采样器分别对数字信号进行相敏同步解调、积分和降采样处理；所述的数字信号处理电路通过spacewire总线向外输出经降采样处理后的信号。作为上述技术方案的进一步改进，所述的数字信号处理电路还包括自激调节器，所述的自激调节器包括：依次连接的白噪声信号生成器、信号叠加器、高频AD转换器和低通滤波器；所述相敏解调器的输出端与信号叠加器连接，所述低通滤波器的输出端与积分器连接，所述的信号叠加器将白噪声信号生成器输出的高频白噪声信号与相敏解调器输出的信号进行波形叠加，并通过高频AD转换器和低通滤波器对叠加后的信号进行过采样和低通滤波处理。作为上述技术方案的进一步改进，所述的AD转换器将前置放大器放大处理后的电压信号转化为16位的数字信号，所述的自激调节器用于将16位的数字信号进行过采样调制后，获得24位的数字信号。作为上述技术方案的进一步改进，所述的数字磁通门磁力仪设置有两个并联的三轴磁通门传感器，每一个三轴磁通门传感器与其对应的一条电路上设置的前置放大器、AD转换器、数字信号处理电路、DA转换器、反馈电流驱动器依次连接，并形成闭环回路；两个三轴磁通门传感器设置于不同的位置上。作为上述技术方案的进一步改进，所述的三轴磁通门传感器上设置有温度传感器。本专利技术的一种多量程的数字磁通门磁力仪的优点在于：1、使用数字信号处理方式，可以将大量用以实现相同信号处理功能的模拟器件全部只由一块数字信号处理器来替代，降低磁通门磁强计的功耗及体积，同时避免模拟信号受外界过多的干扰；2、采用电流继电器实现磁场测量范围的多量程控制，提高了磁力仪的适用性；3、使用双机工作模式消除了磁场梯度；4、使用更简单的器件实现高精度探测，有效的降低了成本；5、采用过采样调制方式实现数字磁强计的高分辨率输出，提升了当前磁通门磁强计的探测精度；6、使用spacewire协议与卫星进行通讯，提高通讯可靠性；7、由于高精度器件大多没有宇航级，无法实现外太空探测，而使用本专利技术中的电路，可以使用一般精度的宇航级器件实现高精度的探测效果。附图说明图1为本专利技术实施例中的一种多量程的数字磁通门磁力仪结构示意图。图2为环境磁场强度与感应电动势二次谐波强度之间的关系图。图3为本专利技术实施例中自激调节器的结构示意图。图4a为本专利技术中相敏解调器输出的被测信号的信号波形图。图4b为图4a中示出的被测信号经高频白噪声信号叠加后的信号波形图。图4c为图4b中示出的叠加信号经过采样处理后的信号波形图。图4d为图4c中示出的信号经低通滤波处理后的信号波形图。图5为本专利技术实施例中采用双工结构的数字磁通门磁力仪结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术所述的一种多量程的数字磁通门磁力仪进行详细说明。如图1所示，本专利技术提供的一种多量程的数字磁通门磁力仪，包括：三轴磁通门传感器、前置放大器、AD转换器、数字信号处理电路、DA转换器、反馈电流驱动器和电源电路；所述的前置放大器对三轴磁通门传感器经外界磁场感应得到的电压信号进行放大处理，并通过AD转换器转化为数字信号；所述的数字信号经数字信号处理电路处理后，将生成的能够反应外界磁场矢量信息的信号分两路传输，其中一路信号向外输出，另一路信号经DA转换器转化为模拟信号后，通过反馈电流驱动器输入至三轴磁通门传感器的反馈线圈，形成闭环回路；所述的反馈电流驱动器内置电流继电器，用于控制闭环回路中的反馈电流强度；所述的电源电路用于为数字磁通门磁力仪供电。所述的三轴磁通门传感器是由绕在磁芯上的初级绕组和包围磁芯的次级线圈组成的。传感器初级绕组通常加载一定频率fo(～10kHz)的对称脉冲激励电流。在每个激励电流脉冲作用下，磁芯被饱和两次。如果有外磁场存在的情况下，会激发次级线圈中的二次谐波分量，二次谐波分量的幅度正比于外磁场的大小，磁通门磁力仪正是利用次级线圈中二次谐波正比于外磁场强度的原理来探测磁场。传感器输出的任意偶次谐波均可作为被测磁场的量度，由于二次谐波幅值最大，故通常选取其二次谐波电压量度被测磁场。磁通门传感器利用电磁感应原理来实现对磁场的检测，将磁信号转换为电信号。但是，从图2中示出的环境磁场强度B与感应电动势二次谐波强度H之间的关系可知：如果信号线圈所处环境的磁场强度过高，则导致线性度不高，在此种情况下利用二次谐波强度来衡量外场强度时，必然会产生极大的误差。为此，在本专利技术中，通过设置的反馈电流驱动器将反馈信号输入至传感器的反馈线圈，用来抵销环境磁场，使传感器的线圈始终工作在零磁场附近，由于零场相对于开环磁芯中的非激励外磁场要小很多，这对外界被测磁场的影响就减小了，有利于线性度的提高，使线圈工作在最佳的线性区域，并有效抑制了温漂和零漂现象。本专利技术的磁力仪在反馈电流驱动器部分使用量程切换技术，以适应不同轨道的磁场环境。通过反馈电流驱动器中的一个电流继电器(量程分挡)来实现大量程及超高精度的双重效果，例如：在磁场幅值较大的区域可使用大量程档位来实现正负65000nT的磁场测量范围，而在磁场幅值较小的环境下，可将量程进行换挡调整为正负1000nT的测量范围，磁场测量范围减小为之前的1/65，而分辨率保持不变，所以此时测量精度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多量程的数字磁通门磁力仪，其特征在于，包括：三轴磁通门传感器、前置放大器、AD转换器、数字信号处理电路、DA转换器、反馈电流驱动器和电源电路；所述的前置放大器对三轴磁通门传感器经外界磁场感应得到的电压信号进行放大处理，并通过AD转换器转化为数字信号；所述的数字信号经数字信号处理电路处理后，将生成的能够反应外界磁场矢量信息的信号分两路传输，其中一路信号向外输出，另一路信号经AD转换器转化为模拟信号后，通过反馈电流驱动器输入至三轴磁通门传感器的反馈线圈，形成闭环回路；所述的反馈电流驱动器内置电流继电器，用于控制闭环回路中的反馈电流强度；所述的电源电路用于为数字磁通门磁力仪供电。

【技术特征摘要】
1.一种多量程的数字磁通门磁力仪，其特征在于，包括：三轴磁通门传感器、前置放大器、AD转换器、数字信号处理电路、DA转换器、反馈电流驱动器和电源电路；所述的前置放大器对三轴磁通门传感器经外界磁场感应得到的电压信号进行放大处理，并通过AD转换器转化为数字信号；所述的数字信号经数字信号处理电路处理后，将生成的能够反应外界磁场矢量信息的信号分两路传输，其中一路信号向外输出，另一路信号经AD转换器转化为模拟信号后，通过反馈电流驱动器输入至三轴磁通门传感器的反馈线圈，形成闭环回路；所述的反馈电流驱动器内置电流继电器，用于控制闭环回路中的反馈电流强度；所述的电源电路用于为数字磁通门磁力仪供电。2.根据权利要求1所述的多量程的数字磁通门磁力仪，其特征在于，所述的数字信号处理电路包括：相敏解调器、积分器、降采样器和spacewire总线；所述的相敏解调器、积分器和降采样器分别对数字信号进行相敏同步解调、积分和降采样处理；所述的数字信号处理电路通过spacewire总线向外输出经降采样处理后的信号。3.根据权利要求2所述的多量程的数字磁通门磁力仪，其特征在于，所述的数字信号处...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云鹏，王劲东，李磊，周斌，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11