基于Overhauser效应的磁场梯度探测器

为提高单探头磁力仪在自然环境中的抗干扰能力,设计了一种基于Overhauser效应的双探头磁场梯度探测器。文中介绍了Overhauser效应的基本原理,对仪器的射频激发系统、信号调理系统和频率计做了详细的描述。论文分析了射频系统的不稳定因素,并给出解决方案。针对拉莫尔旋进信号,提出一种基于FPGA的多通道测频算法,并对比测试使用该算法前后的结果,分析了实验数据。同时对仪器双探头的数据一致性进行比对,给出了测试方法和测试结果。最后将该仪器和商用仪器进行室内、室外以及磁异常探测等对比试验,结果表明,其性能接近商用仪器水平,具有野外操作便捷、测量磁场精度高、抗干扰能力强等优点,证明了所研制的基于Overhauser效应的磁场梯度探测器在梯度测量中的有效性。     

磁弹索力传感器设计方法研究

针对目前缆索的磁弹索力传感器的设计尚无比较完善的方法的现状,在讨论磁弹索力传感器基本原理的基础上,分析了磁弹索力传感器的结构及内部各磁场分布特点;从缆索、线圈、磁场、信号几方面出发,对缆索的磁弹索力传感器的设计方法进行了研究,提出了保证传感器的感应线圈内部缆索磁化均匀性、线圈安全励磁、提高灵敏度和信噪比等参数设计的具体方法与准则;根据钢缆索材料磁弹效应的材料特性优化传感器的工作点;最后针对某实际工程上应用的缆索,完成了磁弹索力传感器设计的仿真计算与实验验证,结果表明:传感器达到了预期的设计效果,且灵敏度为-0.3535mV/MPa,此设计方法用于磁弹索力传感器的设计可行。     

磁致伸缩与磁弹一体化传感器的研制

为开发具有缺陷检测与应力测量双功能的单体传感器,设计出一种包括静态偏置磁路和内、外层感应线圈的一体化传感器结构,可工作于磁致伸缩与磁弹传感器两种模式。结合磁致伸缩与磁弹基本理论,以能量转换效率和应力测量灵敏度为指标,采用有限元仿真法对一体化传感器的偏置磁场进行优化选取。一体化传感器的试验测试结果表明,传感器工作于磁致伸缩传感器模式时,可在直径6.3 mm钢杆中激励产生L(0,1)模态超声导波并有效检测出宽度和深度均为1 mm的槽型缺陷,增加外层感应线圈的驱动直流可对静态偏置磁场强度进行补偿以使接收的缺陷回波信号幅值增加,提高传感器的缺陷检测能力;工作于磁弹传感器模式时,随激励信号幅值增大,传感器的应力测量灵敏度和测量结果线性度均有提高,其中测量结果线性拟合确定系数最高达0.992 4,表明一体化传感器可用于高精度应力测量。     

低温超导全张量磁梯度测量系统研制与应用

首先介绍了低温超导全张量磁梯度测量系统的组成、仪器布局和硬件连接;然后分析了系统研制过程中各模块测试结果,包括测控系统噪声测试和SQUID灵敏度测试,指出组成系统的SQUID传感器的一致性至关重要;其次,详细阐述了系统地面静、动态实验,测试了系统动态范围、测量精度和稳定性,系统静态实验磁梯度测量精度均优于±30 pT/m;最后,在江苏丹阳进行了野外飞行试验,根据DZ/T 0142—2010航空磁测技术规范,测量结果表明各张量分量重复线内符合精度优于±25 pT/m,每条测线动态测量灵敏度均值均优于±30 pT/m。此套系统以达到工程样机水平,大大提高了低温超导全张量测量系统的实用化程度,为我国在低温超导航磁测量领域接下来的研究工作打下了坚实的基础。     

融合转向差校正的磁强计地磁补偿硬件实现研究

为实现地磁背景下微弱磁异常目标的远距离探测,解决地磁背景信号远大于目标磁异常信号,导致测试系统分辨率和探测能力受限的问题,文中设计了由测量和补偿2个三轴磁通门磁强计构成的实时动态地磁补偿系统。推导了三轴磁通门磁强计非正交、灵敏度和零点误差对测量结果的影响方式,提出了通过电路参数的合理匹配和优化设计实现转向差校正和地磁补偿的硬件技术方案。实验证明该方案有良好的转向差校正和地磁补偿效果,可以为磁异常信号提供更大的增益范围,能够实现对微小磁异常信号的实时提取与动态检测,具有较好的工程应用价值。     

传感器内部磁场分布对磁弹索力传感器性能的影响

为了掌握磁弹索力传感器中磁场分布特点及其对传感器性能的影响,为磁弹索力传感器的设计提供参考,在讨论磁弹索力传感原理基础上,结合磁弹索力传感器结构原理分析磁弹索力传感器内部激励磁场及退磁场分布特点;在同样激励线圈的磁场条件下,通过改变感应线圈长度模拟内部磁场分布的均匀性变化情况,从而对传感器输出与应力关系进行对比性的仿真计算;并按照理论仿真思路,进行实验验证;实验结果表明:磁场均匀性从75％降低到25％时,传感器灵敏度从0.026 9 mV/MPa降低到0.021 9 mV/MPa,重复性误差从0.228％增加到0.734％,与理论仿真定性相符合.     

基于磁反馈的宽频带磁传感器的研制

大地电磁测深需要较宽频率范围的感应式磁传感器来探测大深度范围,针对电补偿无法解决感应线圈在谐振点处有相位突变以致频带受限的问题,提出了磁反馈方法。磁反馈的原理是将感应信号放大后转换成电流量,电流通过反馈线圈产生磁场对被测磁场形成磁通负反馈。通过仿真及实验证明了该方法能够解决感应线圈在谐振点处有相位突变的问题,并且使传感器在低频率段有平坦的灵敏度曲线,较大地拓宽了频带。标定的结果表明传感器频率范围是0.001Hz～60kHz,在频率小于1Hz的范围内灵敏度为0.24V/(nT.Hz),频率高于1Hz时,为0.69mV/(nT.Hz)(@1kHz),能够满足大深度范围探测的需要。     

基于隧道磁阻传感器的车辆探测器研究

设计了一款基于隧道磁电阻传感器(TMR)的车辆探测器。通过理论分析与仿真,确定了车辆探测器的关键指标。对车辆所产生的磁异常信号进行了测量与分析,并根据磁异常信号的特征设计了专用检测电路。在此基础上,对车辆探测器的线性度、噪声、带宽、检测距离、有效探测率等性能指标进行了标定和测试。测试结果表明,该车辆探测器的最远探测距离可达4 m,在3.5 m的探测距离内有效探测率达100%。该车辆探测器拥有精度高、线性度好、体积小、功耗低等优势,适用于高灵敏度的运动车辆目标检测和探测。     

超导/磁阻式复合磁传感器高灵敏及三轴化研究

超导/磁阻式复合磁传感器利用超导磁放大器上千倍的磁场放大能力,可大幅提升磁阻式传感器灵敏度,有望实现fT级的磁场分辨力,满足水下目标探测、生物磁场检测等新型弱磁探测需求。经过几十年的研究,超导/磁阻式复合磁传感器相关工作取得了重要进展和系列成果。首先从复合磁传感器工作原理、高灵敏和三轴化研究现状等方面进行了系统的回顾和总结,其中超导磁放大器的放大倍数在实验上已经超过1 000,低温下(4.2 K)的热噪声仅为■,然后针对目前存在的问题对下一步研究工作进行了简要展望。论文相关工作对于提升超导/磁阻式复合传感器性能、促进其推广应用具有重要的借鉴和指导意义。     

一种新型的磁敏传感器

利用铁基纳米微晶材料的磁敏特性和LC反馈式振荡器的特性,设计制作了一种新型的磁敏传感器,并对其性能进行了测试,实验结果表明,该传感器具有良好的性能,可用作弱磁场探测、磁敏开关等.