主动补偿外界直流和交流磁场干扰的高精度磁场发生系统技术方案

本发明专利技术是主动补偿外界直流和交流磁场干扰的高精度磁场发生系统，所述的磁场发生系统包括三维亥姆霍兹线圈、标准三维磁通门传感器、三路高精度可控输出电源、高速采集电路板、总电源和系统平台，所述的标准三维磁通门传感器设于三维亥姆霍兹线圈中心，所述的三维亥姆霍兹线圈包括有X轴亥姆霍兹线圈、Y轴亥姆霍兹线圈和Z轴亥姆霍兹线圈，所述的三路高精度可控输出电源的一端分别与三维亥姆霍兹线圈中的三轴对应连接，三路高精度可控输出电源的另外一端与高速采集电路板相连，所述的高速采集电路板分别与总电源和系统平台相连接，属于高精度磁场技术领域。目的是提供一款高精度、可实时补偿直流和交流磁场的干扰，且可节约90％左右的企业资本的新系统。

High Precision Magnetic Field Generation System for Active Compensation of DC and AC Magnetic Field Disturbance

【技术实现步骤摘要】
主动补偿外界直流和交流磁场干扰的高精度磁场发生系统
本专利技术涉及高精度磁场发生系统，特别是主动补偿外界直流和交流磁场干扰的高精度磁场发生系统。
技术介绍
生活中有许多其他的外加磁场，比如汽车，地铁，电冰箱，电机运行都会产生磁场，这种磁场是一种冲击磁场或者带有一定频率的快速变化磁场。经过测试，这种快速干扰磁场，最高可达300nT.这种磁场也会叠加在亥姆赫兹线圈产生的磁场上。地球磁场加上其它外界干扰磁场，一起叠加在亥姆赫兹线圈产生的磁场上，造成磁场精度偏差。导致不能满足科学实验的要求。如何在一段时间内获得一个高精度，高稳定性的磁场？如果采用人工手动调整的话，明显不能获得一个高精度的稳定均匀磁场。当前世界上还没有一套磁场发生系统，能够作到高精度，实时补偿直流和交流磁场的干扰，就是说到目前为止，全世界还没有一款能够产生高精度的稳定的磁场发生系统。目前为了达到产生高精度磁场的目标，主要用高导磁率的坡莫合金把整个大型亥姆霍兹线圈系统包裹起来，屏蔽掉外界磁场，但这个代价非常大，需要数十到数百万的资金。虽然目前英国巴丁顿公司和美国MEDA公司使用了自动控制原理，采用NI公司的多功能数据I/O模块，采集磁场探头的输出，自己编制电脑程序，控制电源的电流，驱动亥姆霍兹线圈产生一个反向的磁场，达到补偿地磁场的目的。在此基础上，控制电源电流，可以产生所需要的均匀磁场。这套控制系统结构复杂，可以屏蔽掉变化缓慢的直流磁场。目前这套磁场控制系统对中国有出口管制。同时这套控制系统有两个很大的缺点：1.NI公司的多功能数据I/O模块最高模拟采样位数18bitADC，最高模拟输出为16bitDAC,导致地磁场补偿控制精度最高仅为15nT(量程为100uT的情况下)。2.不能补偿外界的交流磁场或者突发磁场。整套系统没有考虑>5Hz交流磁场的补偿，不能达到高精度控制的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于解决现有磁场发生系统，不能够做到高精度、实时补偿直流和交流磁场的干扰且价格较高，而提供主动补偿外界直流和交流磁场干扰的高精度磁场发生系统。主动补偿外界直流和交流磁场干扰的高精度磁场发生系统，所述的磁场发生系统包括三维亥姆霍兹线圈、标准三维磁通门传感器、三路高精度可控输出电源、高速采集电路板、总电源和系统平台，所述的标准三维磁通门传感器设于三维亥姆霍兹线圈中心，所述的三维亥姆霍兹线圈包括有X轴亥姆霍兹线圈、Y轴亥姆霍兹线圈和Z轴亥姆霍兹线圈，所述的三路高精度可控输出电源的一端分别与三维亥姆霍兹线圈中的X轴亥姆霍兹线圈、Y轴亥姆霍兹线圈和Z轴亥姆霍兹线圈对应连接，三路高精度可控输出电源的另外一端与高速采集电路板相连，所述的高速采集电路板分别与总电源和系统平台相连接。进一步的，所述三维亥姆霍兹线圈的直径大于一米，所述三维亥姆霍兹线圈的支架为非金属材料。进一步的，所述标准三维磁通门传感器为高精度低噪声的三维磁通门传感器，所述高精度低噪声三维磁通门传感器的噪声等级<10pTrms/√Hzat1Hz、线性度：<0.005％、正交性：<0.5°、频率响应DC-3KHz，综合测量分辨率<0.1nT，所述高精度低噪声三维磁通门传感器的型号为F902。进一步的，所述三路高精度可控输出电源的型号为PA1。进一步的，所述的高速采集电路板包括有CPU以及分别与CPU相连的三路20bitDAC(数字模拟转换器)、六路24bitADC(模数转换器)和USB2.0HS/FS端口。采用上述技术方案的有益效果是：能够做到高精度、实时补偿直流和交流磁场的干扰，且可大大节省企业资金。附图说明图1为本专利技术所述的结构示意图。具体实施方式以下结合附图和本专利技术优选的具体实施例对本专利技术的内容作进一步地说明。所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。如图1中所示，本方案中主动补偿外界直流和交流磁场干扰的高精度磁场发生系统，所述的磁场发生系统包括三维亥姆霍兹线圈、标准三维磁通门传感器、三路高精度可控输出电源、高速采集电路板、总电源和系统平台，所述的三维磁通门传感器设于三维亥姆霍兹线圈中心，所述的三维亥姆霍兹线圈包括有X轴亥姆霍兹线圈、Y轴亥姆霍兹线圈和Z轴亥姆霍兹线圈，所述的三路高精度可控输出电源的一端分别与三维亥姆霍兹线圈中的X轴亥姆霍兹线圈、Y轴亥姆霍兹线圈和Z轴亥姆霍兹线圈对应连接，三路高精度可控输出电源的另外一端与高速采集电路板相连，所述的高速采集电路板分别与总电源和系统平台相连接，为了满足>3KHz频率响应的要求，在本方案中所述三维亥姆霍兹线圈的直径大于一米，所述三维亥姆霍兹线圈的支架为非金属材料；在本方案中为了获得更低的噪声，所述标准三维磁通门传感器为高精度低噪声的三维磁通门传感器，所述三维磁通门传感器的噪声等级<10pTrms/√Hzat1Hz、线性度：<0.005％、正交性：<0.5°、频率响应DC-3KHz，综合测量分辨率<0.1nT，所述三维磁通门传感器的型号为F902，在本方案中，所述三路高精度可控输出电源的型号为PA1，在本方案中，所述的高速采集电路板包括有CPU以及分别与CPU相连的三路20bitDAC(数字模拟转换器)、六路24bitADC(模数转换器)和USB2.0HS/FS端口，在具体实施时，所述的CPU与总电源相连为CPU提供稳定的电源，所述的CPU通过USB2.0HS/FS端口与系统平台连接并将数据传输至系统平台，所述的CPU通过三路20bitDAC(数字模拟转换器)将模拟信号传送至三路高精度可控输出电源，所述的六路24bitADC(模数转换器)将采样到的模拟信号转换为数字信号传输给CPU；系统平台以2.5us的时间间隔进行计算分析,计算结果实时通过20位高精度DAC输出相应的电压信号,用来控制高精度电源的电流输出，得以实时控制亥姆霍兹线圈，以2.5us的时间间隔补偿外界的磁场，最终产生稳定的均匀磁场。整套系统的磁场产生范围为0到±200uT，控制精度为<1nT，磁场补偿频率响应范围DC到3kHz。中国地震局白家疃磁屏蔽室，采用多层坡莫合金屏蔽，在DC-1kHz的屏蔽因子约为1000(60dB)，就是说在40000nT的地磁场下，屏蔽室内部还有40nT的磁场。而本方案中这套磁场发生系统，在输入零磁场的命令时，由于标准磁通门传感器在0磁场的测量绝对值<5nT,因此系统产生的均匀磁场<5nT±1nT，优于磁屏蔽室一个数量级，完全可以取代造价昂贵的磁屏蔽室，而且不存在多层坡莫合金由于接触到大于100uT磁场后被轻微磁化，需要经常消磁的问题。再如在昂贵的电子显微镜实验室，要求不能有交流干扰磁场，也可以用本方案中这套产品/系统来抵消杂散磁场，性价比相对来说也是比极高的。还比如说某些大型设备的测试，如飞行器，大型电子设备等如果采用磁场屏蔽房的方式获得稳定的磁场，造价将达到千万级别。而采用本款方案中所述的这套高精度磁场发生系统，可节约90％左右的资金。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.主动补偿外界直流和交流磁场干扰的高精度磁场发生系统，其特征在于：所述的磁场发生系统包括三维亥姆霍兹线圈、标准三维磁通门传感器、三路高精度可控输出电源、高速采集电路板、总电源和系统平台，所述的标准三维磁通门传感器设于三维亥姆霍兹线圈中心，所述的三维亥姆霍兹线圈包括有X轴亥姆霍兹线圈、Y轴亥姆霍兹线圈和Z轴亥姆霍兹线圈，所述的三路高精度可控输出电源的一端分别与三维亥姆霍兹线圈中的X轴亥姆霍兹线圈、Y轴亥姆霍兹线圈和Z轴亥姆霍兹线圈对应连接，三路高精度可控输出电源的另外一端与高速采集电路板相连，所述的高速采集电路板分别与总电源和系统平台相连接。

【技术特征摘要】
1.主动补偿外界直流和交流磁场干扰的高精度磁场发生系统，其特征在于：所述的磁场发生系统包括三维亥姆霍兹线圈、标准三维磁通门传感器、三路高精度可控输出电源、高速采集电路板、总电源和系统平台，所述的标准三维磁通门传感器设于三维亥姆霍兹线圈中心，所述的三维亥姆霍兹线圈包括有X轴亥姆霍兹线圈、Y轴亥姆霍兹线圈和Z轴亥姆霍兹线圈，所述的三路高精度可控输出电源的一端分别与三维亥姆霍兹线圈中的X轴亥姆霍兹线圈、Y轴亥姆霍兹线圈和Z轴亥姆霍兹线圈对应连接，三路高精度可控输出电源的另外一端与高速采集电路板相连，所述的高速采集电路板分别与总电源和系统平台相连接。2.根据权利要求1所述的主动补偿外界直流和交流磁场干扰的高精度磁场发生系统，其特征在于：所述三维亥姆霍兹线圈的直径大于一米，所述三维亥姆霍兹线圈的支架为非金属材料。3.根据权利要求1所述的主...

【专利技术属性】
技术研发人员：项飙，夏跃春，罗军，熊启龙，罗宇标，
申请(专利权)人：深圳市雷立科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44