闭环反馈式宽带磁通门设计

针对数字磁通门响应速度慢的缺点,在深入研究模拟磁通门的基础上,通过采用模拟电路和提高磁通门激励信号频率等方法提高了磁通门带宽。同时,采用硬件及软件补偿方法避免了模拟电路温度性能差的影响,研制了一款宽带磁通门传感器。详细介绍了该磁通门系统的硬件结构、软件设计和实验结果。测试结果显示:在±6.7×104nT测量范围内的非线性误差为0.02%,分辨率小于2 nT,信号处理电路带宽为620 Hz,数字信号输出带宽为330 Hz,在-20~80℃范围内,被测量磁场相对误差不超过±0.32%。     

一种基于改进型数字相敏整流电路的磁通门传感器设计

在全面分析了数字电路磁通门特点的基础上,构建得到一种经过改进的数字相敏整流电路。之后采用此数字相敏整流电路设计出一款具有高分辨精度的数字磁通门传感器。经测试发现磁通门的输出测量范围是:X轴等于162 800 nT,Y轴等于162 900 nT,Z轴等于162 700 n T,磁通门输出值和测量磁场之间具有线性关系。利用数字万用表测试激励信号的电流,采用示波器测试了激励信号频率与磁通门传感器的反馈电阻电压,测试发现磁通门分辨力小于2 nT。     

井下高温高精度磁场随钻测量系统设计北大核心CSCD

为了解决井下高温环境下微弱磁场的高精度测量问题,以提高在正钻井中对井眼附近磁性物质的探测距离,在分析噪声抑制方法基础上,从系统结构、高温器件选型、信号滤波与模数转换、电源稳压处理等方面进行了设计和优化。系统采用斩波技术和低噪声运算放大器降低了测量电路的固有噪声水平,选用高温三轴磁通门传感器Mag-610L及32位模数转换器ADS1282H实现了高温下磁场的高精度随钻测量。结果表明,静磁场强度测量分辨率达到0.1 nT,满足高温下测距的测量精度需求。     

超声电视成像测井仪的磁通门传感器设计

在超声电视成像测井仪器中,磁通门传感器用于确定图像的方位.依据仪器的结构特点,设计了圆环形磁通门传感器探头.依据该仪器的磁定位只需反映地磁强度的周期变化的特殊需求,简化了检测电路,提高了高温环境下的稳定性和可靠性.针对不同线圈参数,给出电路的调试与刻度方法.实验结果表明:该传感器在高温环境下稳定工作,输出信号频率稳定,具有很高的实际应用价值.     

磁力仪温度误差的径向基神经网络补偿模型

磁通门磁力仪参数受温度影响明显,直接影响传感器测量精度,需要研究补偿方法,提高测量精度。采用无磁高低温试验箱测量磁通门传感器温度特性;提出基于径向基神经网络的温度误差补偿方法,分别建立磁通门磁力仪零漂误差补偿模型和刻度因子误差补偿模型。结果表明,径向基神经网络能良好逼近磁通门传感器参数的温度特性;与BP神经网络相比,径向基神经网络在零漂补偿中训练时间更短,精度更高,重复性更好,零漂误差的抑制能力更强。补偿后,磁通门磁力仪零漂误差从7.105 5 nT减少到0.766 1 nT;刻度因子误差从6.3E-3减少到7.2E-5;测量值温度误差由213.6 nT补偿到9.1 nT。提出建立通用的温度补偿模型,在不同磁场环境下经过反复测试,采用训练过的模型补偿后,温度误差均降低一个数量级,提高了磁通门磁力仪温度性能和精度。     

基于磁通门传感器的弱磁场检测方法

为了实现对弱磁场的检测,研究了磁通门传感器原理,建立了磁通门传感器数学模型;采用高磁导率材料钴基非晶合金VITROVAC 6025Z作为磁芯材料设计制作了磁通门传感器,结合DDS(直接频率合成器)激励电路和虚拟仪器构成磁通门磁强计.虚拟仪器上磁场调零功能可实现磁通门磁强计在不同磁场环境下的归零校准,对弱磁场的测量更加精确.经对比实验,选择激励信号频率为10 kHz,激励幅值为5V,此时该系统灵敏度较高.在稳定可控磁场中,利用特斯拉计对系统进行定标,实验结果表明,磁通门磁强计线性度较好,分辨力达μT级.     

井下高温高精度磁场随钻测量系统设计

为了解决井下高温环境下微弱磁场的高精度测量问题,以提高在正钻井中对井眼附近磁性物质的探测距离,在分析噪声抑制方法基础上,从系统结构、高温器件选型、信号滤波与模数转换、电源稳压处理等方面进行了设计和优化.系统采用斩波技术和低噪声运算放大器降低了测量电路的固有噪声水平,选用高温三轴磁通门传感器Mag-610L及32位模数转...     

基于磁通门技术的方位传感器设计

磁通门技术是一种非电量磁测法，它利用由高磁导率、低矫顽力的软磁材料作成的铁芯在激磁作用下，感应线圈出现随环境磁场强度而变的偶次谐波分量电势的特征，然后通过高性能的滤波器测量偶次谐波分量。文中介绍了以磁通门技术为工作原理的方位传感器设计，主要包括磁通门的工作原理、铁芯的热处理工艺、二轴磁通门传感器的结构设计及电路原理。     

一阶数控球形反馈磁张量梯度仪动态特性研究

磁通门张量探头在非零的地磁场环境下存在稳定性差、非线性误差大等不足。为克服此类缺陷,需采用磁补偿技术使磁通门工作在零磁场环境。以提高磁通门张量探头的探测精度为目的,采用球形线圈及对应的驱动模块作为磁补偿装置,利用一阶数字控制系统的方法建立磁补偿装置的数学模型,并对其进行参数优化实现最优控制。实验结果显示,当带有球形反馈线圈磁通门张量探头的稳态误差在52.56 nT之内时,系统的带宽将扩展至4.75 Hz,该结果能够同时满足磁张量梯度仪的探测精度及带宽要求,提高了其在航空地球物理探测中的应用价值。     

亥姆霍兹线圈在磁工具面测量中的应用

磁工具面井下测量一般使用三轴磁通门方位扇区测量模块,能够在井下高温高振动环境下实时测量地层三轴磁矢量,通过高速计算获取瞬时井周方位信息.井上方位测量模块的检测及标定对环境有极高要求(无外界干扰且磁场梯度不宜过大).本文使用亥姆霍兹线圈,配合高精度电源、信号发生器及功率放大器、采集装置,先人为将地磁场抵消,然后根据需要产生模拟地磁场的静态磁场或模拟仪器旋转等效的交变磁场,从而实现理想环境下的磁通门方位模块检测.     

基于ARM的三端式磁通门传感器

传统磁通门传感器受环境变化影响较大,文中设计了一种基于ARM的三端式磁通门传感器.传感器对磁通门信号进行数字化处理,把二次谐波的积分值反馈到磁通门线圈中,最后在计算机上显示磁场大小与方向.软件取代了模拟电路中带通滤波、相敏检波和积分等环节.实验结果表明:设计的三端式磁通门传感器具有较好的稳定性和线性度.     

三轴磁通门磁梯度仪转向差校正方法研究

三轴磁通门传感器应用广泛,但其自身固有的零偏误差、灵敏度误差以及三轴非正交误差对其磁场测量精度有着较大的影响。针对磁通门梯度仪中磁传感器自身的性能参数和摆放方位不一致问题,提出了转向差的校正方法:分别建立了磁通门传感器误差的自校准和互校准数学模型,并采用神经网络算法和最小二乘算法对模型参数进行求解。仿真和试验结果表明,整个校正过程简单可行,在不需要三轴无磁转台以及恒定磁场标准装置等复杂试验设备情况下,利用磁通门梯度仪在稳定的地磁场环境下采集多组磁场数据,能有效降低磁梯度仪转向差引起的测量误差。     

基于FPGA的高灵敏度数字磁通门设计

描述了一种基于FPGA的新型数字磁通门驱动电路.系统运用数字信号处理方法替代了传统的方波产生、相敏检波等模块,并且通过数字平滑滤波方法进行信号处理.系统分辨率高达19nT,线性区间为13 000～15 900nT.实验结果表明该设计在减少硬件开销的同时显著提高了系统输出的稳定性和精度.     

基于磁通门和磁阻传感器的混合宽带磁传感器的研究与设计

在地磁探测领域,被测磁信号幅值范围和频率范围都较宽,文中利用磁通门传感器低频段噪声密度低,TMR传感器工作频率高、高频段噪声密度低的特点,根据互补滤波的数据融合方法,对磁通门和TMR分别进行低通和高通滤波,并在FPGA平台上通过数字滤波和比较判断的数据融合方式,将2种传感器的输出在频带上进行"拼接",实现了两种磁传感器的数据融合。经测试混合磁传感器的频带拓展至10 kHz,灵敏度为0.113 mV/nT,测量范围±0.8 Gs,峰峰值噪声0.5 nT。     

基于磁反馈的宽频带磁传感器的研制

大地电磁测深需要较宽频率范围的感应式磁传感器来探测大深度范围,针对电补偿无法解决感应线圈在谐振点处有相位突变以致频带受限的问题,提出了磁反馈方法。磁反馈的原理是将感应信号放大后转换成电流量,电流通过反馈线圈产生磁场对被测磁场形成磁通负反馈。通过仿真及实验证明了该方法能够解决感应线圈在谐振点处有相位突变的问题,并且使传感器在低频率段有平坦的灵敏度曲线,较大地拓宽了频带。标定的结果表明传感器频率范围是0.001Hz～60kHz,在频率小于1Hz的范围内灵敏度为0.24V/(nT.Hz),频率高于1Hz时,为0.69mV/(nT.Hz)(@1kHz),能够满足大深度范围探测的需要。     

磁通门传感器接口ASIC设计(英文)

基于磁通门传感器的二次谐波选择法原理,采用0.6 μm,N-well标准模拟CMOS工艺,设计并实现了磁通门传感器专用集成电路接口(ASIC).这种集成磁通门接口电路能够减小传统分立元件接口电路的体积,降低系统能耗,满足航天、军事等领域的微型化、低功耗需求.在分析磁通门传感器结构和特点的基础上,完成了激励电路及检测电路的设计,芯片面积为2.0 mm×2.0 mm,并采用HSPICE对电路各部分功能及其指标进行验证.对与微型磁通门探头集成的电路系统进行了测试,结果表明,当测量范围为±90 μT时,灵敏度可达16.5 mV/μT;在5V电源电压下,其功耗为35 mW.     

高精度随钻定向测量仪的设计

以3轴加速度传感器和3轴磁通门传感器为基础,设计了定向传感器的角度测量模型;通过对传感器温度误差和安装误差的分析,研究了影响传感器精度的因素,提出了能有效提高传感器测量精度的误差校正模型.以微控制器MSP430F149和模数转换器ADS1216为核心,设计了硬件滤波电路和信号采样电路;基于角度测量模型和误差校正模型,给出了姿态参数采集的主程序和误差补偿程序流程图.实验分析表明:在高温高压强振的环境下该系统达到了所提出的精度指标.     

基于非晶丝低频磁阻抗效应的无圈磁通门传感器

介绍了非晶丝低频磁阻抗效应的理论,并制作了实验装置.利用晶体振荡电路以及低通滤波器获得的正弦信号激励外加扭转应变的钴基非晶丝,对非晶丝两端的输出电压信号提取二次谐波分量,通过改变施加给非晶丝的扭转应变以及激励信号有效值的大小,测出了二次谐波电压随被测磁场之间的变化关系,确定了最佳扭转应变和最佳激励电流有效值,最后设计出了一种无圈磁通门传感器,该传感器在弱磁检测领域具有很好的应用前景.     

全姿态光纤陀螺井眼轨迹连续测量仪研究

在油气井井眼轨迹测量中,针对传统磁通门磁力计无法在套管井、铁矿井等受磁场干扰或无磁环境下测量的问题,研制了一种新型小口径全姿态井眼轨迹连续测量仪.系统采用了新研制的小口径精密三轴一体化光纤陀螺和3个石英加速度计作为核心传感器,为克服高温恶劣环境对仪器测量精度的影响,提出了加装保温瓶、置入吸热材料、对传感器采用小波神经网络进行温度漂移辨识与补偿的方案.给出了系统方案、轨迹测量算法、漂移误差估计与补偿算法.测试结果表明:该系统倾角测量范围为0°～180°,井斜方位为0°～360°,井斜方位精度优于±3°,倾角精度优于±0.15°.系统能够有效解决在无磁或磁干扰等环境下的轨迹连续测量问题,其全姿态测量特点使其亦适用于日益增多的水平井测量,具有广阔的应用前景.     

基于高温单片机的智能井井下数据采集系统设计

电子式的永置式监测装置需在井下高温环境中保证良好的可靠性.文中选用国内外先进的高温电子元件来进行硬件设计,将井下传感器信号采集后,由微处理器进行软件编码并通过电缆发送至地面,从而实现对压力、温度及阀门位移量的实时监测.通过高温器件的选择和高温高压封装设计,可使系统能够在175℃的高温环境中长期稳定工作.