CN104375102B - 地磁场下待测体剩磁矩与感磁矩快速测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地磁场下航天器磁矩的快速测量系统，该系统通过磁通法与地磁取向法相结合来测量航天器磁矩，其包括纵长的导轨和滑动设置在导轨上的可自旋转转台，可自旋转转台用于支撑航天器并使航天器绕其旋转进行航天器磁矩的测量，导轨的中央设置有平行排列的五组竖直的磁通感应线圈，五组磁感应线圈支撑在支撑装置上，导轨穿过五组磁感应线圈，以使得转台可滑动穿过磁感应线圈中央，五组磁感应线圈分别通过导线电连接磁通计以将测得的磁通信号通过该磁通计传送给数据处理系统。也公开了一种利用该系统快速测量磁矩的方法，采用磁通法和地磁取向法进行航天器磁矩测量，减小航天器磁矩的测量周期，可测得两个方向的真实磁矩，增强测试精度。

Description

地磁场下待测体剩磁矩与感磁矩快速测量方法

技术领域

本发明属于航天器磁试验中的磁性测量技术领域，具体涉及一种在地磁场下进行磁性物体磁矩测量的系统以及利用该系统进行剩磁矩和感磁矩测量的方法。

背景技术

磁矩测量技术(主要是测量剩磁矩)研究是航天器磁试验技术研究的重要组成部分。当没有大型零磁场模拟设备时，就需要在地磁场中进行磁矩测量。由于受到地磁场的磁化，航天器会产生感应磁矩，为了得到航天器的剩磁矩，就必须在测量出航天器的总磁矩(包括剩磁矩和感磁矩)后，利用一定的算法将剩磁矩和感磁矩分开。

目前，在地磁场中进行航天器总磁矩测量的方法主要是赤道作图法，常用的将剩磁矩和感磁矩分离的算法是地磁取向法。我国在地磁场环境中进行航天器磁矩测试所采用的方法是赤道作图法和地磁取向法相结合，这种方式测量速度较慢，测试操作繁琐，数据处理复杂，并且三个方向的剩磁矩只有一个方向是直接通过赤道作图法直接测量出来的，其他两个方向的剩磁矩是通过地磁取向法计算出来的，精度会有所降低。

为了提高航天器磁矩测量精度、缩短测量周期，本发明人经过长期研究，曾发明了一种称为磁通法的新型航天器磁矩测试方法。该方法以偏心偶极子模型为基础，通过测量航天器在五组磁通感应线圈中产生的磁通量来反演磁矩。磁通法可以测得八个磁矩分量，包括三个偶极子分量和五个四极分量，并以此计算出磁心坐标。磁通法磁矩测量技术具有测量精度高、测量速度快、测量方式简便、抗环境磁场干扰能力强等优点。具体的测量方法可以参考中国专利CN102540110 B。

利用磁通法，将航天器从导轨的一端移动到另一端，可以在地磁场中快速简单精确的将航天器的总磁矩测量出来。但是在地磁场中，只利用磁通法不能将剩磁矩和感磁矩分开，因此，本发明提出了将磁通法与地磁取向法相结合的方法，该方法继承了磁通法测量总磁矩的优点，并能快速地将航天器的剩磁矩与感磁矩分别计算出来，并且三个方向的剩磁矩有两个方向是可以直接通过磁通法测量出来的，只需要利用地磁取向法计算另外一个方向的剩磁矩即可，提高了剩磁矩测试精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够在地磁场环境中快速精确的测得航天器剩磁矩和感应磁矩的磁矩测量方法，该方法能够借助磁通法与地磁取向法的结合，实现地磁场下航天器磁矩的快速测量。同时，提供了一种利用磁通法测量磁矩的系统。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：

地磁场下待测体剩磁矩与感磁矩快速测量方法，该测量方法采用的测量系统包括纵长的导轨和滑动设置在导轨上的可自旋转转台，可自旋转转台用于支撑航天器并使航天器绕其旋转进行航天器磁矩的测量，导轨的中央设置有平行排列的五组竖直的磁通感应线圈，五组磁感应线圈支撑在支撑装置上，导轨穿过五组磁感应线圈，以使得转台可滑动穿过磁感应线圈中央，五组磁感应线圈的两端分别接在一台磁通计上，五台磁通计通过信号线与数据采集设备相连，并通过数据采集系统将磁通量数据传输到数据处理系统中，该方法通过磁通法与地磁取向法相结合来测量航天器剩磁矩和感磁矩，包括如下步骤：

1)通过磁强计测量上述测量系统所在区域的环境磁场值，记为B_x、B_y、B_z；

2)将待测体放到上述测量系统的转台上，航天器随着转台沿导轨从第一端匀速运动到另一端，数据采集系统按一定时间间隔完成磁通量采集，并通过数据处理系统利用磁通法磁矩测量方法计算出航天器偶极磁矩，记为M_1x、M_1y、M_1z；

3)将转台上的航天器沿转台的转动轴旋转180°，转台连同航天器再沿导轨的另一端匀速运动到第一端，重复完成磁通量的数据采集和数据处理，并计算出航天器偶极磁矩，记为M_2x、M_2y、M_2z；

4)利用地磁取向法确定出航天器剩磁矩和感应磁矩，计算公式如下：

M_g-x＝(M_1x+M_2x)/2 (1)

M_s-x＝(M_1x-M_2x)/2 (2)

M_g-y＝(M_1y+M_2y)/2 (3)

M_s-y＝(M_1y-M_2y)/2 (4)

M_s-z＝(M_1z+M_2z)/2-M_g-x (6)

其中，Mg-x、Mg-y、Mg-z分别是航天器在x、y、z方向的感应磁矩，Ms-x、Ms-y、Ms-z分别是航天器在x、y、z方向的剩磁矩。

其中，所述待测体为航天器。

在地磁场环境中，由于地磁场的存在，所以单独的赤道作图法和磁通法不能准确的测得航天器的剩磁矩。本发明提出的磁通法与地磁取向法相结合的测试方法能够在地磁场环境中精确快速的测量航天器的剩磁矩和感应磁矩。

相比于采用赤道作图法和地磁取向法结合进行航天器磁矩测量的方式，采用磁通法和地磁取向法进行航天器磁矩测量时，由于测量方式和数据处理方式的简化，可以显著减小航天器磁矩的测量周期，提高试验效率。另外，采用赤道作图法和地磁取向法只能测得一个方向的真实感应磁矩，而采用磁通法和地磁取向法可以测得两个方向的真实磁矩，有效增强了测试精度。

附图说明

图1为本发明的地磁场下航天器磁矩的快速测量系统的主要结构示意图。

其中，1—感应线圈；2—导轨；3—转台；4—磁通计；5—数据处理系统。

具体实施方式

以下介绍的是作为本发明内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。

图1是本发明的磁通法磁矩测量系统的主要结构示意图，该测量系统通过磁通法与地磁取向法相结合来测量航天器磁矩，其包括纵长的导轨2和滑动设置在导轨2上的可自旋转转台3，可自旋转转台3用于支撑航天器并使航天器绕其旋转进行航天器磁矩的测量，导轨2的中央设置有平行排列的五组竖直的磁通感应线圈1，五组磁感应线圈1支撑在支撑装置上，导轨穿过五组磁感应线圈1，以使得转台3可滑动穿过磁感应线圈1中央。五组感应线圈1分别与磁通计4通过导线相连，磁通计4通过导线与数据处理系统5相连。

本发明的测量方法利用上述测量系统来进行，具体是：

1)准备测试仪器，打开磁强计、磁通计、数据处理系统，进行仪器预热；

2)利用磁强计测量上述测量系统所在区域的环境磁场值，记为B_x、B_y、B_z；

3)将上述测量系统的转台移动至导轨一端，将航天器放到转台上，转台转轴对准航天器几何中心；

4)将航天器随着转台沿导轨从第一端匀速运动到另一端，磁通计按一定时间间隔完成五组磁感应线圈中的磁通量采集，并通过磁通计将数据传输给数据处理系统，然后利用磁通法磁矩测量方法计算出航天器偶极磁矩，记为M_1x、M_1y、M_1z，处理方法参见中国专利CN102540110 B；

5)将转台上的航天器沿转台的转动轴旋转180°，转台连同航天器再沿导轨的另一端匀速运动到第一端，重复完成磁通量的数据采集和数据处理，并计算出航天器偶极磁矩，记为M_2x、M_2y、M_2z；

6)利用地磁取向法计算出航天器剩磁矩和感应磁矩，计算公式如下：

M_g-x＝(M_1x+M_2x)/2 (1)

M_s-x＝(M_1x-M_2x)/2 (2)

M_g-y＝(M_1y+M_2y)/2 (3)

M_s-y＝(M_1y-M_2y)/2 (4)

M_s-z＝(M_1z+M_2z)/2-M_g-x (6)

其中，M_g-x、M_g-y、M_g-z分别是航天器在x、y、z方向的感应磁矩，M_s-x、M_s-y、M_s-z分别是航天器在x、y、z方向的剩磁矩。

7)测试完成，移走航天器，关闭测量仪器。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以根据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.利用地磁场下航天器磁矩的快速测量系统测量地磁场下航天器磁矩的方法，所述系统通过磁通法与地磁取向法相结合来测量航天器磁矩，其包括纵长的导轨和滑动设置在导轨上的可自旋转转台，可自旋转转台用于支撑航天器并使航天器绕其旋转进行航天器磁矩的测量，导轨的中央设置有平行排列的五组竖直的磁通感应线圈，五组磁感应线圈支撑在支撑装置上，导轨穿过五组磁感应线圈，以使得转台可滑动穿过磁感应线圈中央，五组磁感应线圈分别通过导线电连接磁通计以将测得的磁通信号通过该磁通计传送给数据处理系统，所述方法包括如下步骤：

1)通过磁强计测量上述测量系统所在区域的环境磁场值，记为B_x、B_y、B_z；

2)将航天器放到上述测量系统的转台上，航天器随着转台沿导轨从第一端匀速运动到另一端，利用磁通计完成五组磁感应线圈的磁通量采集，利用数据处理系统计算出航天器的总磁矩，记为M_1x、M_1y、M_1z；

3)将转台上的航天器沿转台转轴旋转180°，转台连同航天器再沿导轨从另一端匀速运动到第一端，同样利用磁通计完成磁通量采集，并利用数据处理系统计算出航天器的总磁矩，记为M_2x、M_2y、M_2z；

4)利用地磁取向法计算出航天器剩磁矩和感应磁矩，计算公式如下：

M_g-x＝(M_1x+M_2x)/2 (1)

M_s-x＝(M_1x-M_2x)/2 (2)

M_g-y＝(M_1y+M_2y)/2 (3)

M_s-y＝(M_1y-M_2y)/2 (4)

$M_{g-z}=\sqrt{(M_{g-x}^2+M_{g-y}^2)}/\sqrt{(B_x^2+B_y^2)}\×B_z---\left(5\right)$

M_s-z＝(M_1z+M_2z)/2-M_g-x (6)

其中，M_g-x、M_g-y、M_g-z分别是航天器在x、y、z方向的感应磁矩，M_s-x、M_s-y、M_s-z分别是航天器在x、y、z方向的剩磁矩。