CN103852736A

CN103852736A - 一种基于点线圈的脉冲磁场测量方法

Info

Publication number: CN103852736A
Application number: CN201210513664.9A
Authority: CN
Inventors: 陈亚洲; 王晓嘉; 万浩江; 杜磊; 程二威; 关闯
Original assignee: Ordnance Engineering College of PLA
Current assignee: Ordnance Engineering College of PLA
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2014-06-11

Abstract

本发明提供了一种基于“点”线圈的脉冲磁场测量方法，可有效减少因被测磁场的不均匀性造成的测量误差。该测量方法以基于法拉第电磁感应定律的电磁感应法为基础，采用按一定几何尺寸设计的单层圆柱形探测线圈来接近“点”线圈的物理特性，利用固定线圈法测量磁场在线圈内的感应电动势，通过将测量的感应电动势对时间积分后除以线圈常数获得待测磁场的波形。该脉冲磁场测量方法操作简便、稳定性好，可为雷电回击磁场的准确评估提供技术支撑。

Description

一种基于点线圈的脉冲磁场测量方法

技术领域

本发明提供了一种基于点线圈的脉冲磁场测量方法。该方法可应用于雷电回击磁场环境的测量与评估。

背景技术

伴随着信息技术的飞速发展，各种电子设备的电磁敏感性越来越高，由地闪回击产生的雷电电磁脉冲作为一种典型的危害源对电磁敏感产品造成的危害呈逐年增加的趋势。为检验电子电气设备的电磁防护能力，迫切需要对相关的电磁敏感产品进行雷电电磁环境下的安全性测试，这就需要对相应的脉冲磁场进行测量，以对电磁敏感产品所处的空间电磁环境进行准确评估。

脉冲磁场的测量方法有多种，基于法拉第磁光效应的脉冲磁场传感器具有尺寸小、灵敏度好、动态范围大和响应速度快等优点，但其测量的精度易受到晶体的线双折射效应、温度和振动等因素的影响，致使传感器的稳定性大打折扣。基于法拉第电磁感应定律的电磁感应法不仅测量范围宽(从零到最高值)，而且方法简便，灵敏度高，频带宽，因此可选择用于雷电回击磁场环境的测量。

但是，由探测线圈所测定的磁感应强度一般是线圈内的平均磁感应强度。为减少因被测磁场的不均匀性所造成的误差，应该选取截面较小、长度短的“点”状探测线圈。球型探测线圈是一种理想的“点”线圈，但是由于其绕制工艺复杂，难以得到推广使用。一般都采用按一定几何尺寸设计的简单圆柱形探测线圈。虽然这种圆柱线圈已经失去“点”线圈的意义，但是对于一般情况，是可以足够接近“点”线圈的。此处，给出了一种基于“点”线圈的脉冲磁场测量方法，为相应雷电回击磁场环境的准确评估提供技术支撑。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于“点”线圈的脉冲磁场测量方法，减少因被测磁场的不均匀性所造成的测量误差，为雷电回击磁场环境的准确评估提供技术支撑。

为解决上述技术问题，本发明以基于法拉第电磁感应定律的电磁感应法为基础，采用按一定几何尺寸设计的单层圆柱形探测线圈来接近“点”线圈的物理特性，并利用固定线圈法实现对脉冲磁场的测量。基于此方法的脉冲磁场测量系统则由单层圆柱形“点”线圈、传输设备、波形记录设备以及后续积分环节等组成。

所述单层圆柱形“点”线圈用于测量因磁场变化所产生的感应电动势U，其几何尺寸满足条件：

\frac{l}{D_{2}} = \frac{3}{\sqrt{20}} [{\frac{1 - {(D_{1} / D_{2})}^{5}}{1 - {(D_{1} / D_{2})}^{3}}]}^{1 / 2}

其中：D₁是线圈内径，D₂是线圈外径，l是线圈沿磁感应强度方向的长度。

所述传输设备用于传输线圈测量的感应电动势信号，可使用电缆，亦可使用光纤传输。

所述波形记录设备用于采集并保存传输设备传输的感应电动势信号，以备后续处理使用。

所述后续积分环节用于根据所测量的感应电动势信号获得被测磁场波形。即磁感应强度B由测量得到的感应电动势U对时间进行积分处理后获得，有

B = \frac{&Integral; Udt}{NS} + B_{0}

其中，NS＝πN(D+d)²/4为线圈的线圈常数，D是线圈骨架的直径，d为线圈绕组导线的直径(包括绝缘层)，B₀为初始时刻待测环境的磁场，一般将其设置为0。

本发明的优点是：

1)该脉冲磁场测量方法实施简便，适用频带宽，测量的动态范围大。

2)该脉冲磁场测量方法可有效减少因被测磁场的不均匀性所造成的测量误差，具有较高的精度和稳定性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是圆柱形“点”线圈的结构示意图。

图2是基于“点”线圈的脉冲磁场测量系统构成图。

图3是利用“点”线圈实际测量得到的感应电压波形。

图4是由图3所示感应电压积分处理后得到的脉冲磁场波形。

具体实施方式

图1是圆柱形“点”线圈的结构示意图：其中，D₁是线圈内径，D₂是线圈外径，l是线圈沿磁感应强度方向的长度。当线圈内径很小时，“点”线圈几何尺寸满足的条件可改写为：

\frac{l}{D_{2}} = \frac{3}{\sqrt{20}} = 0.670

对于薄层线圈，有D₁≈D₂≈D，“点”线圈几何尺寸满足的条件可改写为：

l / D_{2} = \frac{3}{\sqrt{20}} {[\frac{1 - {(D_{1} / D_{2})}^{5}}{1 - {(D_{1} / D_{2})}^{3}}]}^{1 / 2} = \sqrt{3} / 2 = 0.866

其中：D是线圈骨架的直径。

图2是基于“点”线圈的脉冲磁场测量系统构成图：采用固定线圈法，将探测“点”线圈置于被测磁场环境中，当环境磁场发生变化时，“点”线圈上将感应出感应电动势，此感应电压信号经传输设备进入波形记录设备，经后续的积分处理后即可获得被测磁场的实际波形。

图3是利用“点”线圈实际测量得到的感应电压波形：所用“点”线圈的直径为1.6cm，线圈匝数为8匝，线圈绕组铜线直径为0.2mm。感应电压波形开始瞬间的负极性属干扰所致。

图4是由图3所示感应电压积分处理后得到的脉冲磁场波形：磁场波形在开始瞬间出现负值是由于感应电压波形在开始瞬间的负极性干扰所致。

Claims

1.一种基于“点”线圈的脉冲磁场测量方法，其特征在于：

本发明所述的脉冲磁场测量方法，以基于法拉第电磁感应定律的电磁感应法为基础，采用按一定几何尺寸设计的单层圆柱形探测线圈来接近“点”线圈的物理特性，利用固定线圈法测量磁场在线圈内的感应电动势，通过将测量的感应电动势对时间积分后除以线圈常数获得待测磁场的波形。

2.将上述脉冲磁场测量方法应用于雷电回击、高空核爆等磁场环境的测量与评估等，亦受本专利的保护。