CN109782196B - 一种干扰磁场补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种干扰磁场补偿方法，具体为跟踪补偿用传感器在磁场线圈非工作区位置时的干扰磁场补偿方法，能够消除因距离的增加导致一级补偿绕组线圈常数的差异。该方法为在常规干扰磁场补偿系统的基础上，在跟踪补偿用传感器位置上增加二级补偿绕组，使干扰磁场补偿系统中一级补偿绕组在跟踪补偿用传感器位置的磁场线圈常数与被测传感器所在位置的磁场线圈常数相等，该方法可以消除因补偿用传感器与被测对象位置不一致引起的一级补偿绕组磁场线圈常数的差异，使干扰磁场补偿系统达到最佳补偿效果。

Description

一种干扰磁场补偿方法

技术领域

本发明涉及一种干扰磁场补偿技术，特别是涉及一种跟踪补偿用传感器在磁场线圈非工作区位置时的干扰磁场补偿方法。

背景技术

在进行弱磁场计量测试时，通过标准磁场线圈产生标准磁场，然后将被测对象放置在标准磁场线圈的工作区。但标准磁场会受到地磁波动等各种随机干扰产生的干扰磁场的影响，为了降低或消除干扰磁场对准磁场线圈工作区标准磁场稳定性的影响，需要使用干扰磁场补偿技术进行干扰磁场的补偿，即将跟踪补偿用传感器(光泵磁强计或磁通门磁强计等标量、矢量传感器)放置在标准磁场线圈的工作区，同时在标准磁场线圈中设置补偿绕组(此时标准磁场线圈包括用于产生标准磁场的绕组和补偿绕组)，跟踪补偿用传感器实时跟踪干扰磁场，通过磁场线圈中补偿绕组负反馈的方式，在标准磁场线圈的工作区产生与干扰磁场大小相等、方向相反的反馈磁场，以达到补偿干扰磁场的目的。

为了保证反馈磁场与干扰磁场的准确性、实时性，目前通用的干扰磁场补偿方法为将跟踪补偿用传感器放置在标准磁场线圈的工作区且离被测对象越近越好。然后由于被测对象及其相关工装等辅助设备需要占用工作区的一定空间位置，同时也为了避免跟踪补偿用传感器与被测对象之间的相互干扰，实际上两者必须有一定的距离，使得跟踪补偿用传感器位于标准磁场线圈的非工作区。特别是当被测对象及其相关工装等辅助设备占用空间较大时，跟踪补偿用传感器与被测对象的距离也会有较大的增加。

当标准磁场线圈工作区和跟踪补偿用传感器位置不一致时，会使得补偿绕组在标准磁场线圈工作区(被测对象位置处)的磁场线圈常数与跟踪补偿用传感器位置处的磁场线圈常数存在差异，导致补偿用反馈磁场与干扰磁场不一致；为了降低因距离增加而引起的反馈磁场与干扰磁场的不一致，就必须增大补偿绕组的工作区大小，即增加缠绕在补偿绕组上的补偿用线圈的外尺寸。而补偿用线圈外尺寸的增加会导致成本增加、补偿电路控制难度提供等问题；且由于实验室内部空间的限制，补偿用线圈的外尺寸增加空间往往有较大限制。此时，只有牺牲一定的补偿效果以达到补偿系统的综合平衡。

以最常用的亥母霍兹线圈为例，假设实验室的空间高度为3.2m且可全部用于补偿绕组上补偿用线圈的安装。如被测对象及其相关工装等辅助设备占用空间较大，补偿用传感器距离被测对象中心为1m，补偿绕组在两个位置处的磁场线圈常数相差17.6％，此时理论最佳补偿效果只能达到82.4％(对应补偿效能约为15dB)，与目前实际不考虑标准磁场线圈工作区和跟踪补偿用传感器位置不一致的实际最佳补偿效果60dB以上存在很大差异。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种干扰磁场补偿方法，通过在跟踪补偿用传感器所在位置增加二级补偿绕组的方法，来补偿因距离的增加导致的一级补偿绕组线圈常数的差异，从而确保反馈磁场所达到的补偿效果。

所述的干扰磁场补偿方法，通过干扰磁场补偿系统产生的反馈磁场补偿标准磁场线圈工作区的干扰磁场；所述标准磁场线圈用于产生标准磁场；所述干扰磁场补偿系统包括：跟踪补偿用传感器和设置在标准磁场线圈上的一级补偿绕组，所述跟踪补偿用传感器位于标准磁场线圈的非工作区；

在所述跟踪补偿用传感器位置设置二级补偿绕组，所述二级补偿绕组在跟踪补偿用传感器位置的磁场线圈常数为-δK_B：

δK_B＝K_Bx-K_B0

式中：K_Bx为一级补偿绕组在跟踪补偿用传感器位置的磁场线圈常数；

K_B0为一级补偿绕组在标准磁场线圈工作区的磁场线圈常数。

所述二级补偿绕组采用无矩线圈结构。

所述跟踪补偿用传感器位于所述二级补偿绕组的磁场均匀区内，且所述二级补偿绕组的磁轴与标准磁场线圈上的一级补偿绕组的磁轴平行。

当所述干扰磁场补偿系统为三分量同时补偿时，在所述跟踪补偿用传感器位置设置三分量绕组，所述三分量绕组包括三个所述二级补偿绕组，每个分量对应一个所述二级补偿绕组。

有益效果：

(1)采用该方法可以消除当跟踪补偿用传感器不在标准磁场线圈的工作区时，一级补偿绕组在标准磁场线圈工作区(被测对象所在位置)的磁场线圈常数与跟踪补偿用传感器位置处的磁场线圈常数的差异，使一级补偿绕组在跟踪补偿用传感器位置处与被测对象所在位置处的磁场线圈常数相等，从而确保反馈磁场与干扰磁场的一致性，以达到最佳补偿效果。

(2)跟踪补偿用传感器位置处的二级补偿绕组采用无矩线圈结构，能够减少二级补偿绕组对被测对象所在位置的磁场影响。

附图说明

图1为二级补偿绕组的设置示意图。

其中：1-一级补偿绕组，2-二级补偿绕组

具体实施方式

下面列举实施例，对本发明做进一步的详细说明。

本实施例提供这一种跟踪补偿用传感器在磁场线圈非工作区位置时的干扰磁场补偿方法，能够消除因距离的增加导致一级补偿绕组磁场线圈常数的差异，使标准磁场线圈中的一级补偿绕组在跟踪补偿用传感器位置的磁场线圈常数与被测对象所在位置的磁场线圈常数相等。

在进行弱磁场计量测试时，通过磁场线圈产生标准磁场，然后将被测对象放置在磁场线圈的工作区，为消除干扰磁场，需设计干扰磁场补偿系统，基于该方法的干扰磁场补偿系统的设计过程为：

步骤一：首按照常规方法设计、制作干扰磁场补偿系统，干扰磁场补偿系统包括跟踪补偿用传感器和设置在标准磁场线圈上的补偿绕组(令该补偿绕组为一级补偿绕组1)；

步骤二：依据被测对象的实际情况确定跟踪补偿用传感器的位置，由于跟踪补偿用传感器与被测对象之间有一定距离，使得跟踪补偿用传感器不在磁场线圈的工作区内；

步骤三：计算一级补偿绕组1在跟踪补偿用传感器位置的磁场线圈常数与其在被测对象中心点的磁场线圈常数的差值δK_B：

δK_B＝K_Bx-K_B0

式中：

K_Bx——一级补偿绕组在跟踪补偿用传感器位置的磁场线圈常数，测量得到；

K_B0——一级补偿绕组在被测对象中心的磁场线圈常数，测量得到。

步骤四：在跟踪补偿用传感器位置增加补偿绕组(令该补偿绕组为二级补偿绕组)，按常规方法设计二级补偿绕组2(匝数、尺寸和组数)，使二级补偿绕组2在跟踪补偿用传感器位置的磁场线圈常数为-δK_B；

步骤五：安装步骤四设计得到的二级补偿绕组，使跟踪补偿用传感器位于二级补偿绕组的磁场均匀区内，且并使二级补偿绕组的磁轴与标准磁场线圈上的一级补偿绕组的磁轴平行。

为了减少二级补偿绕组对被测对象所在位置的磁场影响，二级补偿绕组采用无矩线圈结构。

如果干扰磁场补偿系统为三分量(三个方向)同时补偿，则二级补偿绕组亦为三分量无矩线圈，且每个分量上的补偿绕组均采用上述方法设计，以满足三个风量上的线圈常数补偿需求。

综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种干扰磁场补偿方法，在进行弱磁场计量测试时，通过干扰磁场补偿系统产生的反馈磁场补偿标准磁场线圈工作区的干扰磁场；所述标准磁场线圈用于产生标准磁场；所述干扰磁场补偿系统包括：跟踪补偿用传感器和设置在标准磁场线圈上的一级补偿绕组，所述跟踪补偿用传感器实时跟踪干扰磁场，所述一级补偿绕组用于在标准磁场线圈的工作区产生与干扰磁场大小相等、方向相反的反馈磁场；

其特征在于：当所述跟踪补偿用传感器位于标准磁场线圈的非工作区，导致补偿用反馈磁场与干扰磁场不一致时，在所述跟踪补偿用传感器位置设置二级补偿绕组，所述二级补偿绕组在跟踪补偿用传感器位置的磁场线圈常数为-δK_B：

δK_B＝K_Bx-K_B0

式中：K_Bx为一级补偿绕组在跟踪补偿用传感器位置的磁场线圈常数；

K_B0为一级补偿绕组在标准磁场线圈工作区的磁场线圈常数；

所述跟踪补偿用传感器位于所述二级补偿绕组的磁场均匀区内，且所述二级补偿绕组的磁轴与标准磁场线圈上的一级补偿绕组的磁轴平行；

通过设置二级补偿绕组使标准磁场线圈中的一级补偿绕组在跟踪补偿用传感器位置的磁场线圈常数与被测对象所在位置的磁场线圈常数相等，确保反馈磁场与干扰磁场的一致性。

2.根据权利要求1所述的干扰磁场补偿方法，其特征在于：所述二级补偿绕组采用无矩线圈结构。

3.根据权利要求1或2所述的干扰磁场补偿方法，其特征在于：当所述干扰磁场补偿系统为三分量同时补偿时，在所述跟踪补偿用传感器位置设置三分量绕组，所述三分量绕组包括三个所述二级补偿绕组，每个分量对应一个所述二级补偿绕组。

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