CN101453868A - 磁环境模拟试验设备的外干扰控制系统及控制方法 - Google Patents

磁环境模拟试验设备的外干扰控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于磁环境模拟试验设备的外干扰控制系统及控制方法。磁试验设备中心磁场由主线圈产生，当外界干扰磁场引起设备中心磁场发生变化时，另一组补偿线圈会产生某小量值的磁场，来抵消这种变化，达到磁场稳定的目的。本发明综合考虑了工业磁场和地磁场对磁试验设备磁场造成的干扰，在实际应用中取得了很好的效果。

Description

磁环境模拟试验设备的外干扰控制系统及控制方法
技术领域
本发明属于磁环境模拟试验应用领域，具体来说，涉及一种用于磁环境模拟试验设备的外干扰控制系统及控制方法。
背景技术
航天器环境工程技术中，需要进行卫星、部组件、元器件等在磁环境模拟试验设备中的磁试验。在试验过程中，周围环境的磁场变化会对磁环境模拟试验设备中心产生的磁场带来扰动，这些扰动包括地磁场的短期变化和工业磁场的影响。为了保证试验数据的准确性，需要解决地磁场以及工业磁场对试验设备磁场干扰的问题。
所谓地磁场干扰，是指地球磁场发生的变化。在时间上，地磁场扰动分为长期缓变和短期突变，由于一般磁试验某工况的数据采集时间较短，因此地磁场短期突变对其影响较大。在空间上，地磁场的波动值在同一高度的一定距离范围内大致相同。
所谓工业磁场干扰，就是指在磁试验设备附近通过的输电线、公路上运动的汽车、地铁、大型工厂、变电站等所有能产生磁场的磁场源对磁试验设备所产生的扰动。工业磁场干扰的量值随距离由近及远而衰减。
目前，国外的磁试验设备主要有针对地磁场波动设计的两种控制方法，分别为闭环法和开环法。
闭环法，又称闭环反馈控制法，是采用主线圈和等效线圈串联供电的方法。两个线圈独立位于距离较近却不重合的位置，两个线圈的线圈常数相等。当地磁场变化时，等效线圈中的探测器测得的信号被反馈给电源控制系统，于是电源控制系统调节一定量值的电流，使等效线圈中心磁场保持定值。由于等效线圈和主线圈是串联在一起的，主线圈中的电流也随之得到调节，并保持两个线圈同步。由于主线圈与等效线圈的距离较近，在此距离范围内地磁场变化量大致相同，这样，主线圈中心磁场能够保持某一定值。
开环控制法是将磁场探测器置于主线圈外某位置，当探测器测量到磁场变化时，根据这个变化量，计算出相对应的电流值，再调节为主线圈供电的直流电源的输出电流，达到调节主线圈中心磁场，保持磁场在某一定值的目的。
现有的无论是闭环法还是开环法，由于它假定在一定距离范围内磁场变化的一致性，因此它们都是针对地磁场波动设计的，没有考虑到工业磁场对设备磁场的扰动情况，这是由于一般国外的磁试验设备距离工业磁场干扰源较远，工业磁场扰动可以忽略。而对于工业磁场干扰，不能采用上述两种控制方法，因为地磁场波动可以认为在一定距离范围内变化量相等，而工业磁场干扰会随着干扰源与被干扰对象的距离由近及远而衰减。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于磁环境模拟试验设备的外干扰控制系统，该控制系统可以实现对磁环境模拟试验设备的外干扰进行控制。
本发明的另一目的是提供一种用于磁环境模拟试验设备的外干扰控制方法，该方法综合考虑了工业磁场和地磁场对磁试验设备磁场造成的干扰。
本发明的目的可由以下技术方案完成：
一种磁环境模拟试验设备外干扰控制系统，由磁环境模拟试验设备的主线圈、与主线圈固定在同一框架上的补偿线圈、两个置于室外同一高度且对称设置于磁环境模拟试验设备两侧的探测器、与两个探测器分别对应连接的两个磁强计、向主线圈输出电流信号的主线圈直流电源、向补偿线圈输出电流信号的补偿线圈直流电源和接收两个磁强计信号的比较器组成。外界磁场变化时，比较器将两个磁强计的信号变化取平均值，以命令的形式传递给补偿线圈直流电源，补偿线圈直流电源将指令转为电流信号传送给补偿线圈，补偿线圈产生的磁场正好抵消干扰引起的磁场的变化。
其中，探测器置于探测器支架上，外部罩有防护罩。
其中，探测器支架的平台高度同主线圈的中心高度平齐。
其中，探测器支架和防护罩的材料均为无磁材料。
一种磁环境模拟试验设备的外干扰控制方法，包括以下步骤：
确定置于室外的两个探测器与磁环境模拟试验设备的主线圈中心的距离。
调节主线圈直流电源的输出电流，使主线圈产生的磁场达到某一设定值。
两个探测器将感应到的外界干扰信号传递给相应的两个磁强计。
两个磁强计将信号传递给比较器。
如果外界磁场没有变化，则比较器不发送任何指令，如果外界磁场有变化，则比较器将两个磁强计的信号变化取平均值，以命令的方式传递给补偿线圈直流电源。
补偿线圈直流电源将指令转为电流信号送给补偿线圈，补偿线圈产生的磁场正好抵消干扰引起的磁场变化，从而使磁环境模拟设备中心的磁场始终保持最初的设定值。
本发明的有益效果在于：综合考虑了工业磁场和地磁场对磁试验设备磁场造成的干扰，达到了控制设备中心磁场的目的。
附图说明
图1为磁环境模拟试验设备外干扰控制系统示意图；
图2为探测器支架示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作详细说明。
这种控制方法也称为“开环平均值外干扰控制法”，简称开环平均值法。其基本原理是，磁试验设备中心磁场由主线圈产生，当外界干扰磁场引起设备中心磁场发生变化时，另一组补偿线圈会产生某小量值磁场，来抵消这种变化，达到磁场稳定的目的。
参照图1和图2，一种磁环境模拟试验设备外干扰控制系统，由磁环境模拟试验设备的主线圈1、与主线圈1固定在同一框架但线圈常数不同的补偿线圈2、两个置于室外的对称且同一高度设置于磁环境模拟试验设备两侧的探测器3、与两个探测器3分别对应连接的两个磁强计4、向主线圈输出电流信号的主线圈直流电源5、向补偿线圈输出电流信号的补偿线圈直流电源6和接收两个磁强计4信号的比较器7组成。
首先，将探测器3置于室外，并确定两个探测器3与主线圈1中心的距离。距离太近，主线圈磁场的改变会对探测器产生影响；距离太远，平均值法的控制精度会降低，所以需要根据磁试验设备和周围干扰源情况确定该距离。本发明应用于航天五院磁环境模拟试验设备(简称CM2磁试验设备)的外干扰控制上，两个探测器3分别距离主线圈1的中心40米。
其次，调节主线圈直流电源5的输出电流，使主线圈1产生的磁场达到某一设定值。
两个探测器3自动将感应到的外界干扰信号传递给相应的磁强计4。
两个磁强计4将信号传递给比较器7中进行比较。
如果外界磁场没有变化，则比较器7不发送任何指令，如果外界磁场有变化，则比较器7将两个磁强计的信号变化取平均值，以命令的方式传递给补偿线圈直流电源6。
补偿线圈直流电源6再将指令转为电流信号送给补偿线圈2，利用补偿线圈2产生的磁场抵消干扰引起的变化量，从而使系统中心的磁场始终保持最初的设定值，达到了控制设备中心磁场的目的。
探测器3置于探测器支架8上，探测器3外部罩有防护罩9，探测器支架8的平台高度同主线圈1的中心高度平齐。防护罩9可以防潮、防雨、防风、防晒且保温，避免了由于外界温度变化和风力对探测器性能的影响。探测器支架8和防护罩9的材料均为无磁材料，避免了磁性材料对探测器的影响。
开环平均值法主要应用于对低频磁场的干扰控制。本发明应用于CM2磁试验设备的外干扰控制，并已成功地应用于“LD-1B”、“NS-1”、“TC-1/2”、“BD-2M”、“HY-1B”等型号磁试验，控制指标如下：
控制精度：1nT；
响应频率：<5Hz；
分辨力：0.5nT；
地磁场波动控制能力：<1000nT；
低频工业磁场干扰控制能力：<10nT。
另外，上述的实施方式仅用来说明本发明，它不应该理解为是对本发明的保护范围进行任何限制。而且，熟悉该技术的人们可以明白，在不脱离本发明精神和原理下，对本发明所进行的各种等效变化、变型以及在文中没有描述的各种改进均在本专利的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种磁环境模拟试验设备外干扰控制系统，该控制系统由磁环境模拟试验设备的主线圈(1)、与主线圈(1)固定在同一框架上但线圈常数不同的补偿线圈(2)、两个置于室外同一高度且对称设置于磁环境模拟试验设备两侧的探测器(3)、与两个探测器分别对应连接的两个磁强计(4)、向主线圈(1)输出电流信号的主线圈直流电源(5)、向补偿线圈(2)输出电流信号的补偿线圈直流电源(6)和接收两个磁强计信号的比较器(7)组成，其特征在于，外界磁场没有变化时，比较器(7)不发送任何指令，外界磁场变化时，比较器(7)将两个磁强计的信号变化取平均值，以命令的形式传递给补偿线圈直流电源(6)，补偿线圈直流电源(6)将指令转为电流信号传送给补偿线圈(2)，补偿线圈(2)产生的磁场正好抵消干扰引起的磁场的变化。
2.如权利要求1所述的磁环境模拟试验设备外干扰控制系统，其特征在于，探测器(3)置于探测器支架(8)上，且外部罩有防护罩(9)。
3.如权利要求2所述的磁环境模拟试验设备外干扰控制系统，其特征在于，探测器支架(8)的平台高度同主线圈(1)的中心高度平齐。
4.如权利要求2或3所述的磁环境模拟试验设备外干扰控制系统，其特征在于，探测器支架(8)和防护罩(9)的材料均为无磁材料。
5.一种磁环境模拟试验设备外干扰控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
确定置于室外的两个探测器(3)与磁环境模拟试验设备的主线圈(1)中心的距离，此距离既要保证探测干扰磁场的准确度，同时不能受到主线圈磁场变化的影响；
调节主线圈直流电源(5)的输出电流，使主线圈(1)产生的磁场达到某一设定值；
两个探测器(3)将感应到的外界干扰信号传递给相应的两个磁强计(4)；
两个磁强计(4)将信号传递给比较器(7)；
外界磁场没有变化时，比较器(7)不发送任何指令，外界磁场有变化时，比较器(7)将两个磁强计(4)的信号变化取平均值，以命令的方式传递给补偿线圈直流电源(6)；
补偿线圈直流电源(6)将指令转为电流信号送给与主线圈(1)固定在同一框架上但线圈常数不同的补偿线圈(2)，补偿线圈(2)产生的磁场抵消了外界干扰磁场引起的变化量，从而使磁环境模拟试验设备的磁场始终保持最初的设定值。
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