CN208969228U - 一种带电直导线周围磁场的磁传感器动静态特性标定装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开发明了种带电直导线周围磁场的磁传感器动静态特性标定装置，包括磁屏蔽筒、限流电阻、长直导线、传感装置、信号源和双通道信号采集系统，磁传感器的信号调理电路包括电压跟随模块、前置放大模块和带通滤波模块。信号源模块提供交变的电流，在磁屏蔽筒内产生交变的高频磁场；磁电阻传感器产生差分电压，通过两个电压跟随模块，输出电压通过前置放大模块，经放大后连接到带通滤波模块；双通道信号采集系统采集磁传感器的输出和信号源的供电信号。本实用新型设备简单，操作容易，能够保证磁传感器动态特性建模数据的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型属于传感器的标定技术领域，具体涉及一种磁传感器在高频磁场中的动静态标定系统。
背景技术
磁传感器被广泛应用在非接触位置检测、金属探伤、地下钻孔和航海领域等。目前，磁传感器多用于对静态和准静态磁场环境的测试，当被测磁场矢量快速变化的时候，磁传感器的动态特性就会成为影响其测量的精度的一个重要判据。而现实的测试现场环境很难产生一个标准的高频交变激励磁场源，从而使得磁传感器的动态特性无法得到准确的标定。为更好的实现对磁传感器的固有频率、动态灵敏度、时间常数等动态特性进行标定，设计实现一个宽频带高频磁场产生装置对磁传感器的动态特性标定提供稳定可靠的数据。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了能够实现对磁传感器的动静态特性进行准确的标定，设计了基于带电长直导线周围产生宽频带高频磁场的装置，实现对磁传感器的动静态特性进行准确的标定。
本实用新型为了解决上述的技术问题，采取的技术方案是：一种带电直导线周围磁场的磁传感器动态特性标定装置，包括磁屏蔽筒、限流电阻、长直导线、传感装置、信号源和双通道信号采集系统，所述的长直导线置于磁屏蔽筒内；所述的限流电阻与长直导线串联后连接到信号源设备上；所述的双通道信号采集系统一端口接在限流电阻两端，另一端口接在待标定磁传感器两端；
所述传感装置包括接插件、锁紧螺母、固定螺母、绝缘接插座和磁传感器；
所述磁屏蔽筒的外壁设有固定螺母，绝缘接插座连接在固定螺母内，在绝缘接插座内设有接插件，磁传感器一端位于磁屏蔽筒内，另外一端与接插件连接，绝缘接插座与锁紧螺母连接。
所述的长直导线安装在磁屏蔽筒的中心轴线上。
所述的磁传感器安装在所述磁屏蔽筒与所述长直导线具有一定垂直距离的位置处。
通过改变信号源的输出电流类型可改变长直导线周围的磁场，进而对磁传感器的动静态特性进行标定。
通过给长直导线加载已知直流电流信号，依据磁传感器量程改变电流大小，记录磁传感器所在位置处对应的磁感应强度和磁传感器的输出电压；反复测试，对输出数据进行线性拟合得出灵敏度、线性度等静态参数。
磁传感器的动态特性通过器件的传递函数来反应，待标定磁传感器视为二阶系统，应用稳定状态下系统输入的扫频激励与系统响应之间的函数关系，拟合特性曲线参数，确定系统的阻尼比、固有频率等动态特性。
所述磁屏蔽筒为由坡莫合金、镍铁合金等具有高磁导率的材料制成的圆柱面的套筒。
所述所述磁屏蔽筒长度为0.5米至1米。
本实用新型有益效果为：磁屏蔽筒屏蔽了地磁场、仪器设备周围磁场等，避免了通电螺线管无法产生高频磁场源信号的缺陷，同时，高精度磁传感器作为反馈探测，整个装置组成闭环系统，进一步提高了磁屏蔽筒内侧磁场源精度和稳定度，结构简单。构建基于带电长直导线的磁场发生器，分析长直导线周围磁场分布规律，通过对长直导线加载交变电流，产生交变磁场，利用系统辨识方法实现对磁传感器的动态特性标定。
附图说明
图1为一种带电长直导线周围磁场的磁传感器动静态标定装置的示意图。
图2为磁传感器的信号调理电路图。
图中:1图中磁屏蔽筒, 2限流电阻, 3长直导线, 4磁传感器, 5信号源, 6双通道信号采集系统, 7电压跟随模块, 8前置放大模块, 9带通滤波模块，10接插件，11锁紧螺母，12固定螺母，13绝缘插座。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。
如图所示，一种带电直导线周围磁场的磁传感器动态特性标定装置，包括磁屏蔽筒1、限流电阻2、长直导线3、传感装置、信号源5和双通道信号采集系统6，所述的长直导线3置于磁屏蔽筒内1；所述的限流电阻2与长直导线3串联后连接到信号源5设备上；所述的双通道信号采集系统6一端口接在限流电阻2两端，另一端口接在待标定磁传感器4两端；
所述传感装置包括接插件10、锁紧螺母11、固定螺母12、绝缘接插座13和磁传感器4；
所述磁屏蔽筒1的外壁设有固定螺母12，绝缘接插座13连接在固定螺母12内，在绝缘接插座13内设有接插件10，磁传感器4一端位于磁屏蔽筒1内，另外一端与接插件10连接，绝缘接插座13与锁紧螺母11连接。
使用时，根据磁传感器的规格，选择合适的绝缘接插座，然后将绝缘接插座旋入到固定螺母，并穿过磁屏蔽筒的外壁，到达合适的位置，插后拧紧螺母经绝缘接插座锁定，插上传感器即可开始检测。
所述的信号源5为一函数发生器，可提供阶跃电信号、正弦电信号、脉冲电信号等，能高效准确的获得宽频带高频特性的磁场源。
所述的双通道信号采集系统6为双通道示波器，连接在限流电阻和磁传感器两端，实现信号的获取。
所述的长直导线3安装在磁屏蔽筒1的中心轴线上。
所述的磁传感器4安装在所述磁屏蔽筒1与所述长直导线3具有一定垂直距离的位置处。
通过改变信号源5的输出电流类型可改变长直导线3周围的磁场，进而对磁传感器4的动静态特性进行标定。
通过给长直导线3加载已知直流电流信号，依据磁传感器4量程改变电流大小，记录磁传感器4所在位置处对应的磁感应强度和磁传感器的输出电压；反复测试，对输出数据进行线性拟合得出灵敏度、线性度等静态参数。
磁传感器4的动态特性通过器件的传递函数来反应，待标定磁传感器4视为二阶系统，应用稳定状态下系统输入的扫频激励与系统响应之间的函数关系，拟合特性曲线参数，确定系统的阻尼比、固有频率等动态特性。
所述磁屏蔽筒1为由坡莫合金、镍铁合金等具有高磁导率的材料制成的圆柱面的套筒。
所述所述磁屏蔽筒1长度为0.5米至1米。
磁传感器信号调理电路：包括电压跟随模块7、前置放大模块8和带通滤波模块9。
所述磁传感器4输出的差分电压发送到电压跟随模块7，电压跟随模块7中有隔离阻抗。电压跟随模块7两端输出的差分信号发送到前置放大模块8进行放大并将放大后的信号发送到带通滤波模块9中得到特定频率范围内的信号。
本实施例工作原理如下：一种带电长直导线周围磁场的磁传感器动静态特性标定装置，由信号源5发出激励信号经限流电阻2和长直导线3构成闭合回路。将长直导线3置于磁屏蔽1的中心轴线上，在长直导线3周围会产生交变磁场。磁传感器4置于磁屏蔽筒1内且位于距长直导线3一定垂直距离处，接收长直导线3周围产生的磁场变化。将双通道信号采集系统6连接在限流电阻2和磁传感器4的两端，实现对信号的采集，对采集到的信号采用系统辨识方法实现对磁传感器的动静态特性标定。
磁传感器4的动态特性可通过器件的传递函数来反应，待标定磁传感器视为二阶系统，应用稳定状态下系统输入的正弦扫频激励与系统响应之间的函数关系，正弦扫频激励下系统输出幅值扫频幅值之比与角频率的关系为幅频特性，系统的输出相位与扫频相位的差与角频率的关系即为相频特性。拟合特性曲线参数，确定系统的阻尼比、固有频率等动态特性。
上述的实施例仅为本实用新型的优选技术方案，而不应视为对于本实用新型的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本实用新型的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种带电直导线周围磁场的磁传感器动静态特性标定装置，其特征是：包括磁屏蔽筒（1）、限流电阻（2）、长直导线（3）、传感装置、信号源（5）和双通道信号采集系统（6），所述的长直导线（3）置于磁屏蔽筒（1）内；所述的限流电阻（2）与长直导线（3）串联后连接到信号源（5）上；所述的双通道信号采集系统（6）一端口接在限流电阻（2）两端，另一端口接在待标定磁传感器（4）两端；
所述传感装置包括接插件（10）、锁紧螺母（11）、固定螺母（12）、绝缘接插座（13）和磁传感器（4）；
磁屏蔽筒（1）的外壁设有固定螺母（12），绝缘接插座（13）连接在固定螺母（12）内，在绝缘接插座（13）内设有接插件（10），磁传感器（4）一端位于磁屏蔽筒（1）内，另外一端与接插件（10）连接，绝缘接插座（13）与锁紧螺母（11）连接。
2.根据权利要求1所述的一种带电直导线周围磁场的磁传感器动静态特性标定装置，其特征是：所述的长直导线（3）安装在磁屏蔽筒（1）的中心轴线上。
3.根据权利要求1所述的一种带电直导线周围磁场的磁传感器动静态特性标定装置，其特征是：所述的磁传感器（4）安装在所述磁屏蔽筒(1)与所述长直导线（3）具有一定垂直距离的位置处。
4.根据权利要求1所述的一种带电直导线周围磁场的磁传感器动静态特性标定装置，其特征是：通过改变信号源（5）的输出电流类型可改变长直导线（3）周围的磁场，进而对磁传感器（4）的动静态特性进行标定。
5.根据权利要求4所述的一种带电直导线周围磁场的磁传感器动静态特性标定装置，其特征是：通过给长直导线（3）加载已知直流电流信号，依据磁传感器（4）量程改变电流大小，记录磁传感器（4）所在位置处对应的磁感应强度和磁传感器的输出电压；反复测试，对输出数据进行线性拟合得出灵敏度、线性度等静态参数。
6.根据权利要求4所述的一种带电直导线周围磁场的磁传感器动静态特性标定装置，其特征是：磁传感器（4）的动态特性通过器件的传递函数来反应，待标定磁传感器（4）视为二阶系统，应用稳定状态下系统输入的扫频激励与系统响应之间的函数关系，拟合特性曲线参数，确定系统的阻尼比、固有频率等动态特性。
7.根据权利要求1至6任一项所述的一种带电直导线周围磁场的磁传感器动静态特性标定装置，其特征是：所述磁屏蔽筒（1）为由坡莫合金、镍铁合金等具有高磁导率的材料制成的圆柱面的套筒。
8.根据权利要求7所述的一种带电直导线周围磁场的磁传感器动静态特性标定装置，其特征是：所述磁屏蔽筒（1）长度为0.5米至1米。
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| CN112924914A (zh) * | 2019-12-06 | 2021-06-08 | 北京华航无线电测量研究所 | 用于交流电磁跟踪设备中接收通道的线性度测试方法 |
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