星载感应式空心磁芯磁传感器的研究

优化设计了频率带宽为1 Hz~10 k Hz的空心磁芯感应式磁传感器。首先提出空心结构的磁芯,分析空心磁芯的退磁因数和有效磁导率,并仿真、实测空心磁芯感应线圈的磁通,得出一定壁厚的空心磁芯感应线圈的磁通可以等于相同长径比棒状磁芯感应线圈的磁通。然后分析空心磁芯感应式磁传感器的灵敏度与噪声,通过数学算法优化噪声公式达到要求的噪声指标和较低的重量。为验证理论分析,设计空心磁芯感应式磁传感器,在屏蔽室对空心磁芯感应式磁传感器的性能进行测试,频率高于400 Hz时灵敏度为0.73 V/n T。100 Hz时噪声为0.06 p T/Hz1/2,总重量为80 g。实测的空心磁芯感应式磁传感器的灵敏度与噪声和理论分析一致。空心磁芯感应式磁传感器与THEMIS相比具有噪声低、重量轻的优点,能够满足空间电磁探测的实用条件。     

基于罚函数算法的感应式磁力仪优化设计

低等效磁场噪声、轻小型感应式磁力仪是空间、深地磁测等应用的必然要求。本文提出了一种在感应式磁力仪参数及等效磁场噪声、轻小化约束下，求解最优感应线圈匝数、线径参数配置的方法。文中首先建立了感应式磁力仪等效磁场噪声、重量指标数学模型，然后基于罚函数算法求解其数值解，从而得到感应线圈匝数、线径参数最优值。为验证理论分析结果，根据优化参数制作感应式磁力仪并进行指标测试，测试结果与理论设计相吻合，验证了基于罚函数算法求解感应式磁力仪最优参数的准确性。     

航空ZTEM磁传感器调理电路低噪声优化设计

航空Z轴倾子电磁测量系统(ZTEM)空心感应磁传感器的感应线圈具有源阻抗大的特点,并且调理电路需要设置高通滤波器来抑制低频干扰。为实现电路的低噪声设计,针对感应线圈源阻抗大的问题,第一级采用以差分结型场效应管(JFET)对管为核心器件的负反馈结构,通过对第一级电路进行噪声建模,得出只有当JFET电压噪声是唯一主要噪声源时,电路整体性能最优的结论;针对低频部分,由于高通滤波器影响导致电路噪声特性被抬高的问题,通过优化第一级电路增益和高通滤波器截止频率的方法得以改善。实验结果表明,该电路结构简单,调试方便,其电流噪声为11 fA/√Hz,电压噪声为4 nV/√Hz@30Hz和2 nV/√Hz@1kHz。与超低噪声放大器LT1028和OPA827的对比实验表明,自制电路在ZTEM空心感应线圈动态阻抗范围内,噪声性能优异,满足ZTEM信号调理电路低噪声优化设计的预期要求。