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。     

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。     

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%。     

磁通负反馈空心线圈传感器特性和噪声研究

时间域空地电磁系统可以实现大深度探测,能够探测金属沉积矿床和地热储层,其接收装置常采用空心线圈传感器,传感器的匹配方式是输出端并联阻尼电阻,该电阻可以有效地抑制线圈的时域振荡,但是增加了传感器的噪声.研制了一种基于磁通负反馈机制的低噪声、大面积空地接收线圈传感器,通过理论分析给出了该方法的实现原理,建立了传统匹配方式和基于磁通负反馈方式的线圈等效模型,并深入分析了2种模型下传感器的幅频特性、带宽及影响空心线圈传感器信噪比的各噪声源,给出了2种方式下使传感器处于临界阻尼状态时系统噪声的仿真结果,将两者在相同带宽下的噪声有效值指标进行对比,证明了基于磁通负反馈方式的接收线圈能够达到与传统方式接收线圈一致的性能.噪声方面,在相同的线圈结构、温度不变(27 ℃)、频率范围为3 dB带宽的情况下,相比传统方式信噪比提高了10.6 dB.最后,采用小线圈传感器等效模型在野外进行了噪声测量,验证了理论的正确性.     

融合转向差校正的磁强计地磁补偿硬件实现研究

为实现地磁背景下微弱磁异常目标的远距离探测,解决地磁背景信号远大于目标磁异常信号,导致测试系统分辨率和探测能力受限的问题,文中设计了由测量和补偿2个三轴磁通门磁强计构成的实时动态地磁补偿系统。推导了三轴磁通门磁强计非正交、灵敏度和零点误差对测量结果的影响方式,提出了通过电路参数的合理匹配和优化设计实现转向差校正和地磁补偿的硬件技术方案。实验证明该方案有良好的转向差校正和地磁补偿效果,可以为磁异常信号提供更大的增益范围,能够实现对微小磁异常信号的实时提取与动态检测,具有较好的工程应用价值。     

万向旋转磁矢量发生器装配误差补偿方法

三轴亥姆霍兹线圈可产生空间万向旋转磁矢量,实现胶囊机器人的精准控制,为了补偿万向旋转磁矢量发生器三轴亥姆霍兹线圈的装配误差,建立了误差模型,分析了轴线交点偏移及轴线非正交对磁场的影响,证明了误差使万向旋转磁矢量末端轨迹由圆变为椭圆,并仿真分析了磁矢量误差的空间分布,推导了线性化误差参数模型,根据最小二乘法原理进行误差参数辨识。仿真表明,该误差补偿方法可以降低线圈的装配精度要求,提高磁矢量的精度。     

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.     

高温磁通门传感器设计与实现

针对井下智能导钻工程中使用的传统磁通门传感器不耐高温且在尺寸上无法满足井下狭小空间等问题,设计了工作在175℃高温环境下的高性能数字磁通门传感器。该传感器基于二次谐波法设计,采用SM320F28335GBS作为主控芯片,协调控制激励电路、感应电路、反馈电路与温度数据采集电路,联合磁通门探头实现了高温环境下磁场信号的采集与处理。实验测试结果表明：该高温磁通门传感器的量程为±60 000 nT,分辨率为3 nT,线性度为0.03%,与高性能磁通门磁测数据的相关系数为0.927,在175℃高温环境下的磁测数据验证了该数字磁通门样机能够用于高温环境下的磁场测量。     

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.     

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.     

直流叠加脉冲电流波形宽频带电流传感器

提出了一种用于测量直流叠加脉冲电流波形的电流传感器。该传感器由两个磁芯组成,一个工作于磁通门状态,另一个基于罗氏线圈原理。为了将磁通门与罗氏线圈检测技术集成在一起,引入了一个反馈绕组,有效克服了脉冲磁场与直流磁场对磁芯工作状态的影响。基于理论分析制作了样机。实验结果表明,所提出的电流传感器能有效测量直流叠加脉冲电流波形:有效测量频带为340 k Hz,直流分量的测量误差为0.6%;低频段与高频段交点处的测量误差最大,最大测量误差为1.5%。     

三分量磁通门梯度仪校准算法研究

针对三轴磁通门传感器非正交、灵敏度不一致、零偏以及构成梯度仪的两个磁通门传感器位置不一致引起的测量误差问题,建立了误差模型;基于地磁矢量模值短时不变原理,采用线性化最小二乘算法进行一个磁通门传感器参数的辨识;基于校准后三分量差值F范数最小原理,采用多元线性回归的方法进行另一个磁通门传感器参数以及两个磁通门传感器相对位置关系参数的辨识。实验结果表明,该方法能够将两个磁通门中最大总场误差从1 194.4 n T降低到30.0 n T,将三分量梯度仪最大输出误差从529.1 n T降低到13.4 n T,有效地改善了梯度仪性能。     

感应式磁声成像脉冲磁场的测量方法

阐述了利用电磁感应法测量脉冲磁场的磁感应强度,首先测量放置在标准的已知正弦波磁场里的探测线圈的线圈常数,再用这种已知线圈常数的探测线圈进行脉冲磁场的测量。介绍了微型磁场探测线圈的绕制和固定方法,设计了脉冲磁场的实际测量装置,给出了线圈平面的调整方法,利用该装置实际测量了感应式磁声成像系统中的脉冲磁场,并对测量结果进行了误差分析。     

Nuclear magnetic resonance apparatus for pulsed high magnetic fields

A nuclear magnetic resonance apparatus for experiments in pulsed high magnetic fields is described. The magnetic field pulses created together with various magnet coils determine the requirements such an apparatus has to fulfill to be operated successfully in pulsed fields. Independent of the chosen coil it is desirable to operate the entire experiment at the highest possible bandwidth such that a correspondingly large temporal fraction of the magnetic field pulse can be used to probe a given sample. Our apparatus offers a bandwidth of up to 20 MHz and has been tested successfully at the Hochfeld-Magnetlabor Dresden, even in a very fast dual coil magnet that has produced a peak field of 94.2 T. Using a medium-sized single coil with a significantly slower dependence, it is possible to perform advanced multi-pulse nuclear magnetic resonance experiments. As an example we discuss a Carr-Purcell spin echo sequence at a field of 62 T.     

三维远场涡流探头的设计与实验研究

远场涡流检测技术能检测导电管材整个管壁缺损而不受集肤效应和提离效应的影响。但是，由同轴的激励线圈和检测线圈构成的传统远场涡流探头只能检测管壁周向缺损的平均情况而不能确定其缺损的周向具体位置。本文设计了一种新型内通过式三维远场涡流探头，实验证实了其远场效应的存在并确定了甲型探头结构。以油田实际的采抽钢管为检测对象对管壁的对称缺损和不对称缺损进行了对比检测实验，证明了新型探头对缺损的三维位置的可确定性，同时也证明了局部磁场变化对管壁周向其他位置的磁场也有影响。     

GMR array uniform eddy current probe for defect detection in conductive specimens

The usage of eddy current probes (ECP) with a single magnetic field sensor represents a common solution for defect detection in conductive specimens but it is a time consuming procedure that requires huge amount of scanning steps when large surface specimens are to be inspected. In order to speed-up the nondestructive testing procedure, eddy current probes including a single excitation coil and an array of sensing coils present a good solution. The solution investigated in this paper replaces the sensing coils for giant magneto-resistors (GMRs), due to their high sensitivity and frequency broadband response. Thus, the ECP excitation coil can be driven at lower frequencies than the traditional ones allowing defects to be detected in thicker structures.In this work an optimized uniform eddy current probe architecture including two planar excitation coils, a rectangular magnetic field biasing coil and a GMR magnetometer sensor array is presented. An ac current is applied to the planar spiral rectangular coil of the probe, while a set of GMR magnetometer sensors detects the induced magnetic field in the specimens under test. The rectangular coil provides the DC uniform magnetic field, assuring appropriate biasing of the GMR magnetometers of the probe, setting-up the functioning point on the linear region and at the same branch of the GMR static characteristics. The differences on the images obtained for the same specimen for each GMR are reduced if all sensors are biased on the same working point. Elements of the automated measurement system used to inspect the plate under test using the proposed eddy current probe, including a validation procedure based on a 2D template matching algorithm and the corresponding experimental results are included in the paper.     

管道损伤磁梯度共振稀疏分解与BMSR辨识方法

为更好地提取埋地钢质管道地磁环境下由应力集中产生的磁力信号,克服现有磁力检测缺乏有效高灵敏度多元探头阵列和信号处理技术的问题,提出一种磁梯度张量共振稀疏分解结合偏置单稳随机共振(bias monostable stochastic resonance,简称BMSR)的辨识方法对管道损伤进行有效评估。首先,探头布置采用十字张量阵列形式;其次,针对管道缺陷和现场干扰信号特点,用不同品质因子对信号进行共振稀疏分解,剔除掉一部分干扰信号;最后,加入不同时域恢复的随机共振系统结合量子遗传算法进行参数寻优。将该辨识方法用于实际站场管道张量检测信号,比较传统低通滤波、不同随机共振系统结合共振稀疏分解的处理结果,验证了磁梯度张量共振稀疏分解加偏置单稳处理算法在提取管道损伤磁场和表征管道应力集中的有效性。     

Extension of the measurement capabilities of the quadrupole resonator

The quadrupole resonator, designed to measure the surface resistance of superconducting samples at 400 MHz has been refurbished. The accuracy of its RF-dc compensation measurement technique is tested by an independent method. It is shown that the device enables also measurements at 800 and 1200 MHz and is capable to probe the critical RF magnetic field. The electric and magnetic field configuration of the quadrupole resonator are dependent on the excited mode. It is shown how this can be used to distinguish between electric and magnetic losses.