CN102162839A - 三维脉冲磁场波形重构方法及三维磁场传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维脉冲磁场波形重构方法及其三维磁场传感器。三维脉冲磁场波形重构采用基于全电路表达式的脉冲磁场波形数字重构方法，基于该方法，对传感器取样电阻与自身感抗之间大小没有特殊要求，这使得传感器制作起来很方便，同时可方便还原和合成三维磁场。三维传感器骨架采用非磁性材料制作，测量频率范围可达1kHz～200MHz以上，主要用于三维脉冲磁场的测量，可同时测量X轴、Y轴、Z轴三方向的磁场。本发明可真实地反映大的幅度动态范围内的三维脉冲磁场波形。
Description
技术领域
本发明属于电气工程技术领域，特别涉及一种三维脉冲磁场波形重构方法及其三维磁场传感器。
背景技术
电磁脉冲的测量是电磁脉冲防护研究的一个重要环节，测量的目的是确定受试设备和系统所处的电磁脉冲环境、对电磁脉冲的响应情况和防护效果；其中测量的对象就包括磁场的测量。由于电磁脉冲信号沿仅几个微秒，持续时间几个微秒至几个毫秒的瞬态信号，其频谱覆盖了零到几百兆赫的频带，因此要求测量传感器的工作频带要达到这一要求，传感器的输出应能真实的反应被测参量本来的情况，它们置入被测环境后应当对原环境影响很小，故要求测量磁场的传感器体积小。现有磁场传感器一般只能测量三维空间中的一维磁场，对于脉冲磁场测量，采用硬件积分电路或存在电路及装置复杂，或存在频带上限或下限范围受限等问题，对于类似雷电波、冲击电压或冲击电流放电、隔离开关或刀闸操作产生的瞬变电磁场等这类宽频带范围、大的幅度动态范围波形往往不能够真实地反映，或者还原波形畸变较大频带失真。针对以上情况我们发明一种用于三维脉冲磁场波形重构方法及传感器，它具有测量频率范围宽，可到1kHz～200MHz以上，体积小等优点。
发明的内容
本发明的目的就是针对上述背景技术存在的不足，提供一种三维脉冲磁场波形重构方法，并在此基础上提供一种测量频率范围较宽的三维磁场传感器。
本发明提供的三维脉冲磁场波形重构方法包括下列步骤：
步骤一、用磁场传感器同时对三个相互垂直方向上的脉冲磁场信号进行测量并分别将
其转换为电信号U（t）；
步骤二、将步骤一得到的每一方向上的电信号U（t）分别通过下式还原成相应的脉冲
磁场波形：
其中：H(t) 为磁场强度，L为线圈电感，N为线圈匝数，R-0为线圈自阻，μ0为空气磁导率，S为线圈截面积，R为外部测量电阻, k1=
,k2=
。
步骤三、将步骤二得到的每一方向上的脉冲磁场波形进行矢量叠加，合成三维脉冲磁场波形。
本发明提供的三维磁场传感器，包括三维骨架和其上缠绕的线圈。其中，所述的三维骨架为截面均匀的非磁性材料球，且其三个相互垂直的方向上刻有绕线槽；
为使测量效果更精确，其线圈外表面包覆有在横向和纵向分段的锡箔纸。
本发明三维磁场波形重构采用基于全电路表达式的脉冲磁场波形数字重构方法，基于该方法，对传感器取样电阻与自身感抗之间大小没有特殊要求，这使得传感器制作起来很方便，同时可方便还原和合成三维磁场。磁场波形重构方法如下：
脉冲磁场测量等效电路图如图3所示。电磁感应法是一种比较简单可靠的脉冲磁场测量方法，将绕有匝数为N、截面积为S的测量线圈放在脉冲磁场中，并使线圈平面垂直于磁场方向，就会在测量线圈中产生感应电动势e(t)
式中B（t）和H（t）分别为该处磁感应强度和磁场强度，μ0为空气磁导率。测量线路图和等效电路图如图3所示。
由图3列出下式：
（2）
联合式（1）和式（2）有：
若Cp很小可以忽略，式（3）可简化为：
当wL<<R0+R时，式（4）可简化为：
当wL>>R0+R时，式（4）可简化为：
为简化硬件要求，可采用基于电路全表达式的宽频带脉冲磁场波形数字重构方法，对式（4）化简得：
由于式（7）是基于电路全表达式得到的，没有要求wL<<R0+R，也没要求wL>>R0+R，因此可以方便地进行线圈的设计。式（7）是一个包括信号积分、加、减、乘等数学运算在内的表达式，因此需要对测量信号U（t）进行数字化处理，而用高速大容量数字存储示波器和计算机的使用为解决上述问题提供了便利条件。
基于上述重构方法，本发明提供的三维磁场传感器是将漆包线均匀地在截面均匀的非磁性材料球形骨架上X、Y和Z轴三个方向上缠绕数匝。当有脉冲磁场穿过线圈时，传感器X、Y和Z轴三个方向上的线圈能够感应被测磁场信号大小的电压信号，通过对这三路信号的还原和合成，就能够真实地测量出空间中的磁场信号。
线圈的绕制是在一个球形非磁性骨架上，球形绝缘、非磁性骨架X、Y、Z轴方形分别开槽供绕线，实现在一个传感器上同时对三维磁场的探测，制作时采用在线圈外表面包覆锡箔纸并在横向和纵向都分段的方法，以防止电场感应和包覆在线圈外面的锡箔纸可能形成的环流对信号的干扰，同时在非磁性骨架上绕制线圈避免了骨架本身悬浮电位带来的干扰以及其对磁场产生的屏蔽作用。
本发明采用基于全电路表达式的脉冲磁场波形数字重构方法，传感器制作方便，方便还原和合成三维磁场。测量频率范围可达1kHz～200MHz以上。可真实地反映大的幅度动态范围内的三维脉冲磁场波形。
附图说明
图1是传感器实物图；
图2是传感器骨架设计图；
图3 是脉冲磁场测量等效电路图。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明：
如图1，将漆包线均匀地在截面均匀的非磁性材料球形骨架上X、Y和Z轴三个方向上缠绕数匝。当有脉冲磁场穿过线圈时，传感器X、Y和Z轴三个方向上的线圈能够感应被测磁场信号大小的电压信号，通过对这三路信号的还原和合成，就能够真实的测量出空间中的磁场信号。
线圈的绕制是在一个球形非磁性骨架上，球形绝缘、非磁性骨架X、Y、Z轴方形分别开槽供绕线，实现在一个传感器上同时对三维磁场的探测，制作时采用在线圈外表面包覆锡箔纸并在横向和纵向都分段的方法，以防止电场感应和包覆在线圈外面的锡箔纸可能形成的环流对信号的干扰，同时在环氧骨架上绕制线圈避免了骨架本身悬浮电位带来的干扰以及其对磁场产生的屏蔽作用。
Claims (3)
1. 一种三维脉冲磁场重构方法，其特征在于包括有下列步骤：
步骤一、用磁场传感器同时对三个相互垂直方向上的脉冲磁场信号进行测量并分别将
其转换为电信号U（t）；
步骤二、将步骤一得到的每一方向上的电信号U（t）分别通过下式还原成相应的脉冲
磁场波形：
其中：H(t) 为磁场强度，L为线圈电感，N为线圈匝数，R-0为线圈自阻，μ0为空气磁导率，S为线圈截面积，R为外部测量电阻,k1=
,k2=
。
2.步骤三、将步骤二得到的每一方向上的脉冲磁场波形进行矢量叠加，合成三维脉冲磁场波形。
3.一种三维磁场传感器，其特征在于：
包括三维骨架和其上缠绕的线圈；其中：
所述的三维骨架为截面均匀的非磁性材料球，且其三个相互垂直的方向上刻有绕线槽；
根据权利要求2所述的一种三维磁场传感器，其特征在于：
所述的线圈，其外表面包覆有在横向和纵向分段的锡箔纸。
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103438877A (zh) * | 2013-09-02 | 2013-12-11 | 北京航空航天大学 | 一种基于serf原子自旋效应的惯性和磁场一体化测量方法 |
| CN103529405A (zh) * | 2013-10-28 | 2014-01-22 | 中国医学科学院生物医学工程研究所 | 一种具有高频脉冲磁场三维动态监测功能的磁刺激线圈 |
| CN106353606A (zh) * | 2016-11-18 | 2017-01-25 | 中国电子科技集团公司第四十研究所 | 一种用于工频电磁场全向检测的装置及方法 |
| CN106646164A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-05-10 | 国网河北省电力公司电力科学研究院 | 一种变压器内置式全向放电脉冲探测传感器 |
| CN107607893A (zh) * | 2017-08-15 | 2018-01-19 | 中国船舶重工集团公司第七0研究所 | 一种高平坦度中强磁场测量线圈的设计方法 |
| CN108736588A (zh) * | 2018-06-06 | 2018-11-02 | 中惠创智无线供电技术有限公司 | 线圈位置关系的检测方法、系统、装置及可读存储介质 |
| CN109328307A (zh) * | 2016-07-06 | 2019-02-12 | 株式会社村田制作所 | 磁传感器以及具备该磁传感器的电流传感器 |
| CN109932669A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-06-25 | 三峡大学 | 一种数字补偿式amr磁场测量装置 |
| CN113283413A (zh) * | 2021-07-26 | 2021-08-20 | 枫树谷(成都)科技有限责任公司 | 脉冲波形模板库的创建方法、系统、存储介质及设备 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4613866A (en) * | 1983-05-13 | 1986-09-23 | Mcdonnell Douglas Corporation | Three dimensional digitizer with electromagnetic coupling |
| CN1960675A (zh) * | 2004-03-31 | 2007-05-09 | 独立行政法人科学技术振兴机构 | 活体内三维运动测定装置及其方法 |
| JP4480305B2 (ja) * | 2001-09-17 | 2010-06-16 | 株式会社リコー | 磁界ベクトルセンサ及びセンサシステム |
| WO2010092503A1 (en) * | 2009-02-13 | 2010-08-19 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method and device for magnetic induction tomography |
-
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4613866A (en) * | 1983-05-13 | 1986-09-23 | Mcdonnell Douglas Corporation | Three dimensional digitizer with electromagnetic coupling |
| JP4480305B2 (ja) * | 2001-09-17 | 2010-06-16 | 株式会社リコー | 磁界ベクトルセンサ及びセンサシステム |
| CN1960675A (zh) * | 2004-03-31 | 2007-05-09 | 独立行政法人科学技术振兴机构 | 活体内三维运动测定装置及其方法 |
| WO2010092503A1 (en) * | 2009-02-13 | 2010-08-19 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method and device for magnetic induction tomography |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103438877A (zh) * | 2013-09-02 | 2013-12-11 | 北京航空航天大学 | 一种基于serf原子自旋效应的惯性和磁场一体化测量方法 |
| CN103438877B (zh) * | 2013-09-02 | 2016-03-30 | 北京航空航天大学 | 一种基于serf原子自旋效应的惯性和磁场一体化测量方法 |
| CN103529405A (zh) * | 2013-10-28 | 2014-01-22 | 中国医学科学院生物医学工程研究所 | 一种具有高频脉冲磁场三维动态监测功能的磁刺激线圈 |
| CN109328307A (zh) * | 2016-07-06 | 2019-02-12 | 株式会社村田制作所 | 磁传感器以及具备该磁传感器的电流传感器 |
| CN106353606A (zh) * | 2016-11-18 | 2017-01-25 | 中国电子科技集团公司第四十研究所 | 一种用于工频电磁场全向检测的装置及方法 |
| CN106646164A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-05-10 | 国网河北省电力公司电力科学研究院 | 一种变压器内置式全向放电脉冲探测传感器 |
| CN107607893A (zh) * | 2017-08-15 | 2018-01-19 | 中国船舶重工集团公司第七0研究所 | 一种高平坦度中强磁场测量线圈的设计方法 |
| CN107607893B (zh) * | 2017-08-15 | 2019-09-27 | 中国船舶重工集团公司第七一0研究所 | 一种高平坦度中强磁场测量线圈的设计方法 |
| CN108736588A (zh) * | 2018-06-06 | 2018-11-02 | 中惠创智无线供电技术有限公司 | 线圈位置关系的检测方法、系统、装置及可读存储介质 |
| CN109932669A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-06-25 | 三峡大学 | 一种数字补偿式amr磁场测量装置 |
| CN109932669B (zh) * | 2019-03-27 | 2021-06-29 | 三峡大学 | 一种数字补偿式amr磁场测量装置 |
| CN113283413A (zh) * | 2021-07-26 | 2021-08-20 | 枫树谷(成都)科技有限责任公司 | 脉冲波形模板库的创建方法、系统、存储介质及设备 |
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