CN112739185A - 一种基于微缩线圈的主动磁屏蔽方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于微缩线圈的主动磁屏蔽方法和装置，属于磁屏蔽技术领域。方法包括：在磁空间模拟器中设置微缩线圈，在磁空间模拟器的磁场发生器中设置预置线圈，将所述预置线圈与所述微缩线圈串联，所述预置线圈的线圈数量与磁场发生器中原有线圈的数量相同，所述微缩线圈的线圈数量与磁场发生器中原有线圈的数量相同；分别获得所述微缩线圈和所述预置线圈的电流磁场关系；实时采集所述微缩线圈的内部磁场强度，基于所述微缩线圈的电流磁场关系，根据微缩线圈的内部磁场强度计算干扰磁场强度；基于所述预置线圈的电流磁场关系，根据干扰磁场强度，控制预置线圈产生反向磁场，抵消干扰磁场。

Description

一种基于微缩线圈的主动磁屏蔽方法和装置
技术领域
本发明涉及磁屏蔽技术领域，尤其涉及一种基于微缩线圈的主动磁屏蔽方法和装置。
背景技术
磁空间模拟器包括磁动态控制器、恒流源和磁场发生器，动态控制器控制恒流源产生一定电流，电流流经磁场发生器的有效线圈，根据电生磁的原理，在磁场发生器内部产生磁场。在飞行器地磁导航半实物仿真过程中，磁空间模拟器能够在其中心一定空间内产生均匀、按照需求变化的磁场，模拟实际飞行过程中弹上磁传感器所在区域的磁场变化，达到在试验室环境验证地磁导航流程的目的。但试验室环境复杂，室内各种设备都会产生电磁干扰，影响磁空间模拟器中心区域的磁场精度，使地磁导航半实物仿真试验无法达到理想的结果。为减小外界磁场干扰的影响，提高磁模拟精度，最常采用磁屏蔽的方法来实现。
目前一般采用的磁屏蔽方法为被动磁屏蔽法，即建立磁屏蔽房，将磁空间模拟器放置于其中，磁屏蔽房一般为采用純铝或坡莫合金等高导磁材料建成的封闭空间，通过通量分流和涡流消除的原理来消除外界磁场，使其内部空间磁场强度恒定。但建立磁屏蔽房不仅花费高，而且由于其本身的磁屏蔽性能，其内部的磁场无法传递到外界，使内部磁场无法快速变换，这将影响磁空间模拟器动态性能。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种基于微缩线圈的主动磁屏蔽方法，用以解决现有的建立磁屏蔽房的磁屏蔽方法花费高，并且由于磁屏蔽房的磁屏蔽性能，其内部的磁场无法传递到外界，使内部磁场无法快速变换，因而影响磁空间模拟器动态性能的问题。
一方面，本发明实施例提供了一种基于微缩线圈的主动磁屏蔽方法方法，包括，在磁空间模拟器中设置微缩线圈，在磁空间模拟器的磁场发生器中设置预置线圈，将所述预置线圈与所述微缩线圈串联，所述预置线圈的线圈数量与磁场发生器中原有线圈的数量相同，所述微缩线圈的线圈数量与磁场发生器中原有线圈的数量相同；
分别获得所述微缩线圈和所述预置线圈的电流磁场关系；
实时采集所述微缩线圈的内部磁场强度，基于所述微缩线圈的电流磁场关系，根据微缩线圈的内部磁场强度计算干扰磁场强度；
基于所述预置线圈的电流磁场关系，根据干扰磁场强度，控制预置线圈产生反向磁场，抵消干扰磁场。
基于上述方法的进一步改进，通过以下步骤分别获得微缩线圈和预置线圈的电流磁场关系：
分别采集不同电流下微缩线圈与预置线圈的内部磁场强度；
通过数据拟合方法，分别获取微缩线圈与预置线圈的电流磁场关系。
进一步地，采用蚁群算法进行数据拟合，分别获取微缩线圈与预置线圈的电流磁场关系。
进一步地，实时采集所述微缩线圈的内部磁场强度，基于所述微缩线圈的电流磁场关系，根据微缩线圈的内部磁场强度计算干扰磁场强度，包括：通过公式Bg＝B-B0-BW计算干扰磁场强度，其中B为实时采集的微缩线圈的内部磁场强度，B0为未通电时所述微缩线圈内部的磁场强度，Bw为基于所述微缩线圈的电流磁场关系，根据所述微缩线圈中的电流计算得到的磁场强度。
进一步地，所述根据干扰磁场强度，控制预置线圈产生反向磁场，抵消干扰磁场，包括：
根据干扰磁场强度，基于预置线圈的电流磁场关系，计算预置线圈的补偿电流强度；
控制预置线圈的电流强度为补偿电流强度，使预置线圈产生反向磁场，抵消干扰磁场。
进一步地，所述微缩线圈是与磁场发生器结构相同尺寸等比的微缩线圈。
进一步地，所述微缩线圈与磁场发生器的距离在预先设置的阈值范围内。
进一步地，所述微缩线圈与磁场发生器按照同样的角度放置。
另一方面，本发明实施例提供了一种基于微缩线圈的主动磁屏蔽装置，包括，
预置线圈，设置在磁空间模拟器的磁场发生器中，所述预置线圈的线圈数量与磁场发生器中原有线圈的数量相同；
微缩线圈，设置在磁空间模拟器中，并与所述预置线圈串联，所述微缩线圈的线圈数量与磁场发生器中原有线圈的数量相同；
第一采集器，用于实时采集所述微缩线圈的内部磁场强度；
控制器，用于基于所述微缩线圈的电流磁场关系，根据实时采集的所述微缩线圈的内部磁场强度计算得到干扰磁场强度；以及，基于所述预置线圈的电流磁场关系，根据所述干扰磁场强度，控制预置线圈产生反向磁场，以抵消干扰磁场。
基于上述装置的进一步改进，还包括第二采集器，用于实时采集预置线圈的内部磁场强度；所述控制器根据不同电流下所述第一采集器采集的所述微缩线圈的内部电磁强度，以及所述第二采集器采集到的所述预置线圈的内部磁场强度，通过数据拟合方法，分别获取所述微缩线圈与所述预置线圈的电流磁场关系。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
1、采用基于微缩线圈的主动磁屏蔽方法可以不用建立磁屏蔽房，大大节省了成本，并且不会影响磁空间模拟器的动态特性。
2、采用基于微缩线圈的主动磁屏蔽方法，使得弹上磁传感回路与磁空间模拟器的反馈调节回路物理分离，减小相互之间的影响，从而提高了半实物仿真试验的真实性。
3、本发明提供的基于微缩线圈的主动磁屏蔽装置，结构简单，设置方便，便于实施。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例基于微缩线圈的主动磁屏蔽方法的流程图；
图2为本发明实施例基于微缩线圈的主动磁屏蔽装置的示意框图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
磁空间模拟器包括磁动态控制器，恒流源和磁场发生器，动态控制器控制恒流源产生一定电流，电流流经磁场发生器的线圈，根据电生磁的原理，在磁场发生器内部产生磁场。在飞行器地磁导航半实物仿真过程中，磁场发生器通常采用三维亥姆霍兹线圈，三维亥姆霍兹线圈可以在其中心一定区域产生均匀的三维磁场。
本发明的一个具体实施例，公开了一种基于微缩线圈的主动磁屏蔽方法，如图1所示。包括如下步骤：
S1、在磁空间模拟器中设置微缩线圈，在磁空间模拟器的磁场发生器中设置预置线圈，将所述预置线圈与所述微缩线圈串联，所述预置线圈的线圈数量与磁场发生器中原有线圈的数量相同，所述微缩线圈的线圈数量与磁场发生器中原有线圈的数量相同。
其中，微缩线圈与磁场发生器结构相同尺寸等比，微缩线圈设置于磁空间模拟器中，微缩线圈的线圈数量与磁场发生器中原有线圈的数量相同，微缩线圈与磁场发生器的距离在预先设置的阈值范围内，并且按照同样的角度放置。在磁场发生器上设置预置线圈，预置线圈的数量与磁场发生器原有线圈的数量相同，预置线圈与微缩线圈串联连接。
具体的，微缩线圈与磁场发生器按照相同的角度放置，是按照使微缩线圈各轴向的线圈与磁场发生器相应轴向的线圈平行的角度放置。
具体的，阈值可通过如下方式确定：将微缩线圈与磁场发生器按照不同的距离放置，获得不同距离下，微缩线圈内部磁场强度的方差平均值和预置线圈内部磁场强度的方差平均值，将满足微缩线圈内部磁场强度的方差平均值和预置线圈内部磁场强度的方差平均值的差值在一定精度范围内的最大距离设置为阈值。
在实施时，由于磁场发生器会受到周围铁磁性物质的影响，因此应将磁空间模拟器放置在周围没有大型电气设备和铁磁性物质的区域。此时，磁场发生器和微缩线圈所受的磁场干扰来自地球整体磁场干扰。当磁场发生器和微缩线圈在预先设置的阈值范围内时，地球整体磁场对磁场发生器的干扰磁场强度与对微缩线圈的干扰磁场强度近似相等。
示例性的，磁场发生器的原有线圈数量为三个轴向各一组线圈，在现有的磁场发生器的基础上，在其三个轴向上各增加一组线圈，作为预置线圈。在磁空间模拟器中设置微缩线圈，微缩线圈是与磁场发生器结构相同尺寸等比缩小的结构，例如尺寸可以是磁场发生器尺寸的十分之一，微缩线圈的数量为三个轴向各一组线圈，与磁场发生器原有线圈数量一致，将预置线圈的各轴向的线圈与微缩线圈相对应轴向的线圈串联连接。
S2、分别获得所述微缩线圈和所述预置线圈的电流磁场关系。
具体的，分别采集不同电流下微缩线圈与预置线圈的内部磁场强度；通过数据拟合方法，分别获取微缩线圈与预置线圈的电流磁场关系。具体的，可以采用蚁群算法进行数据拟合，分别获取微缩线圈与预置线圈的电流磁场关系。
实施时，控制为预置线圈和微缩线圈提供电流的恒流源按照线性变化，从最小强度到最大强度产生电流，示例性的，控制恒流源按照每隔10mA的电流强度，从0mA到1200mA产生不同强度的电流。
首先为预置线圈和微缩线圈的各个轴向的线圈单独供电，按照上述电流强度变化规律产生不同强度电流，采集微缩线圈的内部磁场强度和预置线圈的内部磁场强度；然后为预置线圈和微缩线圈的两两轴向同时供电，按照上述电流强度变化规律产生不同强度电流，采集微缩线圈的内部磁场强度和预置线圈的内部磁场强度；最后为预置线圈和微缩线圈的所有轴向同时供电，按照上述电流强度变化规律产生不同强度电流，采集微缩线圈的内部磁场强度和预置线圈的内部磁场强度。
根据所获得到不同电流下微缩线圈与预置线圈的内部磁场，通过数据拟合的方法，分别获得微缩线圈的电流磁场关系Bw＝Kw*I和预置线圈的电流磁场关系Bc＝Kc*I，其中，Bc为预置线圈的内部磁场强度，Bw为微缩线圈的内部磁场强度，I为电流强度，Kw为微缩线圈的电流磁场系数，Kc为预置线圈的电流磁场系数。在进行数据拟合前，可对电流磁场数据进行预处理，例如剔除野值数据。
实施时，可采用蚁群算法进行数据拟合，数据拟合的标准是得到电流磁场关系系数，使得所有数据方差的平均值最小。
也可采用其他数据拟合方法分别获得微缩线圈与预置线圈的电流磁场关系，例如线性拟合方法。
步骤S2可在每次仿真实验前进行，获取微缩线圈与预置线圈的电流磁场关系，从而在仿真试验中更精确的计算得到干扰磁场强度，进而保证此空间模拟器的精度。
由于预置线圈设置在磁场发生器上，数量与磁场发生器中的原有线圈数量相同，因此根据步骤S2获得的预置线圈的电流磁场关系可以等效为仿真试验中磁场发生器原有线圈的电流磁场关系。在飞行器地磁导航半实物仿真试验时，根据需要产生的磁场强度，可基于预置线圈的电流磁场关系，获得为磁场发生器原有线圈供电的电流强度，控制磁场发生器的原有线圈产生相应强度的磁场，使磁空间模拟器能准确的模拟地磁环境。
S3、实时采集所述微缩线圈的内部磁场强度，基于所述微缩线圈的电流磁场关系，根据微缩线圈的内部磁场强度计算干扰磁场强度。
具体的，通过公式Bg＝B-B0-Bw计算干扰磁场强度，其中B为实时采集的微缩线圈的内部磁场强度，B0为未通电时所述微缩线圈内部的磁场强度，Bw为基于所述微缩线圈的电流磁场关系，根据所述微缩线圈中的电流计算得到的磁场强度。
实施时，获得未通电时，微缩线圈内部的磁场强度B0。在进行仿真实验时，实时采集微缩线圈内部的磁场强度B，根据微缩线圈的电流磁场关系Bw＝Kw*I，及微缩线圈中的电流强度，计算得到微缩线圈基于电流磁场关系的磁场强度，根据公式Bg＝B-B0-Bw计算干扰磁场强度Bg。
S4、基于所述预置线圈的电流磁场关系，根据干扰磁场强度，控制预置线圈产生反向磁场，抵消干扰磁场。
具体的，根据干扰磁场强度，基于预置线圈的电流磁场关系，计算预置线圈的补偿电流强度；控制预置线圈的电流强度为补偿电流强度，使预置线圈产生反向磁场，抵消干扰磁场。
实施时，根据步骤S3获得的干扰磁场强度Bg，基于预置线圈的电流磁场关系Bc＝Kc*I，计算预置线圈的补偿电流强度Ig＝Kc'*Bg，其中Kc'为Kc的逆矩阵。根据计算得到的补偿电流强度，控制为预置线圈供电的电流为补偿电流强度，从而使得预置线圈产生反向磁场，以抵消干扰磁场。
与现有技术相比，本实施例提供的基于微缩线圈的主动磁屏蔽方法具有以下效果：
1、采用基于微缩线圈的主动磁屏蔽方法可以不用建立磁屏蔽房，大大节省了成本，并且不会影响磁空间模拟器的动态特性。
2、采用基于微缩线圈的主动磁屏蔽方法，使得弹上磁传感回路与磁空间模拟器的反馈调节回路物理分离，减小相互之间的影响，从而提高了半实物仿真试验的真实性。
实施例二
本发明的一个具体实施例，公开了一种基于微缩线圈的主动磁屏蔽装置，包括：
预置线圈，设置在磁空间模拟器的磁场发生器中，所述预置线圈的线圈数量与磁场发生器中原有线圈的数量相同，预置线圈的具体设置方法参见实施例一，此处不再重述；
微缩线圈，设置在磁空间模拟器中，并与所述预置线圈串联，所述微缩线圈的线圈数量与磁场发生器中原有线圈的数量相同，微缩线圈的具体设置方法参见实施例一，此处不再重述。
第一采集器，用于实时采集所述微缩线圈的内部磁场强度。
示例性的，采用第一磁传感器作为第一采集器，将第一磁传感器放置在微缩线圈中，用来采集微缩线圈的内部磁场强度。
控制器，用于基于所述微缩线圈的电流磁场关系，根据实时采集的所述微缩线圈的内部磁场强度计算得到干扰磁场强度；以及，基于所述预置线圈的电流磁场关系，根据所述干扰磁场强度，控制预置线圈产生反向磁场，以抵消干扰磁场，其具体计算干扰磁场强度以及根据干扰磁场强度控制预置线圈产生反向磁场，以抵消干扰磁场的过程参见实施例一，此处不再重述。
进一步，装置还包括第二采集器，用于实时采集预置线圈的内部磁场强度；所述控制器根据不同电流下所述第一采集器采集的所述微缩线圈的内部电磁强度，以及所述第二采集器采集到的所述预置线圈的内部磁场强度，通过数据拟合方法，分别获取所述微缩线圈与所述预置线圈的电流磁场关系，控制器根据不同电流下微缩线圈的内部电磁强度，以及预置线圈的内部磁场强度，通过数据拟合方法，分别获取所述微缩线圈与所述预置线圈的电流磁场关系的过程参见实施例一，此处不再重述。
示例性的，采用第二磁传感器作为第二采集器，将第二磁传感器放置在磁场发生器中，用来采集预置线圈的内部磁场强度。
与现有技术相比，本实施例提供的基于微缩线圈的主动磁屏蔽装置结构简单，设置方便，可以节省成本，并且不会影响磁空间模拟器的动态特性。采用基于微缩线圈的主动磁屏蔽装置，使得弹上磁传感回路与磁空间模拟器的反馈调节回路物理分离，减小相互之间的影响，从而提高了半实物仿真试验的真实性
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于微缩线圈的主动磁屏蔽方法，其特征在于，包括：
在磁空间模拟器中设置微缩线圈，在磁空间模拟器的磁场发生器中设置预置线圈，将所述预置线圈与所述微缩线圈串联，所述预置线圈的线圈数量与磁场发生器中原有线圈的数量相同，所述微缩线圈的线圈数量与磁场发生器中原有线圈的数量相同；
分别获得所述微缩线圈和所述预置线圈的电流磁场关系；
实时采集所述微缩线圈的内部磁场强度，基于所述微缩线圈的电流磁场关系，根据微缩线圈的内部磁场强度计算干扰磁场强度；
基于所述预置线圈的电流磁场关系，根据干扰磁场强度，控制预置线圈产生反向磁场，抵消干扰磁场。
2.根据权利要求1所述的基于微缩线圈的主动磁屏蔽方法，其特征在于，通过以下步骤分别获得微缩线圈和预置线圈的电流磁场关系：
分别采集不同电流下微缩线圈与预置线圈的内部磁场强度；
通过数据拟合方法，分别获取微缩线圈与预置线圈的电流磁场关系。
3.根据权利要求2所述的基于微缩线圈的主动磁屏蔽方法，其特征在于，采用蚁群算法进行数据拟合，分别获取微缩线圈与预置线圈的电流磁场关系。
4.根据权利要求1所述的基于微缩线圈的主动磁屏蔽方法，其特征在于，实时采集所述微缩线圈的内部磁场强度，基于所述微缩线圈的电流磁场关系，根据微缩线圈的内部磁场强度计算干扰磁场强度，包括：通过公式Bg＝B-B0-BW计算干扰磁场强度，其中B为实时采集的微缩线圈的内部磁场强度，B0为未通电时所述微缩线圈内部的磁场强度，Bw为基于所述微缩线圈的电流磁场关系，根据所述微缩线圈中的电流计算得到的磁场强度。
5.根据权利要求1所述的基于微缩线圈的主动磁屏蔽方法，其特征在于，所述根据干扰磁场强度，控制预置线圈产生反向磁场，抵消干扰磁场，包括：
根据干扰磁场强度，基于预置线圈的电流磁场关系，计算预置线圈的补偿电流强度；
控制预置线圈的电流强度为补偿电流强度，使预置线圈产生反向磁场，抵消干扰磁场。
6.根据权利要求1-5所述的基于微缩线圈的主动磁屏蔽方法，其特征在于，所述微缩线圈是与磁场发生器结构相同尺寸等比的微缩线圈。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的基于微缩线圈的主动磁屏蔽方法，其特征在于，所述微缩线圈与磁场发生器的距离在预先设置的阈值范围内。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的基于微缩线圈的主动磁屏蔽方法，其特征在于，所述微缩线圈与磁场发生器按照同样的角度放置。
9.一种基于微缩线圈的主动磁屏蔽装置，其特征在于，包括：
预置线圈，设置在磁空间模拟器的磁场发生器中，所述预置线圈的线圈数量与磁场发生器中原有线圈的数量相同；
微缩线圈，设置在磁空间模拟器中，并与所述预置线圈串联，所述微缩线圈的线圈数量与磁场发生器中原有线圈的数量相同；
第一采集器，用于实时采集所述微缩线圈的内部磁场强度；
控制器，用于基于所述微缩线圈的电流磁场关系，根据实时采集的所述微缩线圈的内部磁场强度计算得到干扰磁场强度；以及，基于所述预置线圈的电流磁场关系，根据所述干扰磁场强度，控制预置线圈产生反向磁场，以抵消干扰磁场。
10.一种根据权利要求9所述的主动磁屏蔽装置，其特征在于，还包括第二采集器，用于实时采集预置线圈的内部磁场强度；所述控制器根据不同电流下所述第一采集器采集的所述微缩线圈的内部电磁强度，以及所述第二采集器采集到的所述预置线圈的内部磁场强度，通过数据拟合方法，分别获取所述微缩线圈与所述预置线圈的电流磁场关系。
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