基于薄膜磁阻传感器的微弱磁场测量仪的硬件设计

介绍了薄膜磁阻传感器的结构与工作原理。及其用于微弱磁场测量仪的硬件设计方法．该测量仪选用Philips公司的磁阻传感器KMZ51进行设计，不仅能够测量地磁场，而且能够实时测量其他恒定或缓慢变化的微弱磁场。     

基于振弦式传感器的频率检测模块设计

设计了一种能够实时测量振弦式传感器工作频率的检测模块,很好地实现了振弦式传感器工作过程中输出的微弱感应电信号的放大与检测。与同类的振弦式频率检测仪器相比,该模块具有结构简单、成本低、扩展性好等优点,并且通过实验测量证明该频率检测模块具有很好的测量精度、分辨率和很高的稳定性。     

基于磁流体的一维光子晶体磁场传感器的研究

基于磁流体的折射率对外加变化磁场的敏感特性,提出将磁流体作为缺陷层引入到一维光子晶体中实现磁场传感。由于缺陷的存在,使得光子晶体的透射谱中产生缺陷峰。该传感器可通过测量磁场变化时光子晶体缺陷模波长的移动对相应的磁场进行测量。利用传输矩阵法对不同结构参数下,缺陷模波长随在外加磁场的变化进行了模拟计算,为实际磁场传感器的设计提供了理论参考。     

交变磁场传感器法拉第屏蔽的研究

为了更有效的接收所需信号,我们除了进一步提高传感器本身的性能外,还要消除一些不必要的干扰.在检测低频交变磁场而且磁场信号极其微弱时,首先要选用高性能的交变磁场传感器将交变磁场信号转换为电信号,然后采用一系列的选频放大等电子技术,这样在两者之间就会产生不必要的电场耦合,影响对有用信号的准确测量,为了阻断该电场耦合,对交变磁场传感器采用法拉第屏蔽是不可或缺的重要环节.     

微弱磁场测量的各向异性磁电阻传感器

该文介绍了一种利用半导体标准工艺制作的Ni Fe薄膜AMR传感器,并着重对电阻变化率关于0磁场对称特性进行了研究。论文详细介绍了利用两次磁控溅射获得传感器的四层结构,并对其进行了在变化磁场下电阻变化率的测量,通过对比未加入barber电极的对照组,由测试结果得出采用了barber电极的传感器成功改善了传感器在微弱磁场下的线性度,使其在-15-15Oe大小的磁场下的R2值为0.9976,使器件具有与集成电路芯片集成的性能。     

激光抽运-检测型原子磁力仪对交变磁场的测量北大核心CSCD

交变磁场作为磁场一种特殊的存在形式,有着广泛的应用和学术价值,而现阶段没有行之有效的方法对交变磁场进行绝对测量。抽运-检测型原子磁力仪具有量程宽、灵敏度高、能准确反映磁场真实特性,在磁场测量及标定中具有非常重要的意义。通过对抽运-检测型原子磁力仪在交变磁场激励下作用机理研究,对实验装置进行改进,实现抽运-检测型原子磁力仪对交变磁场的绝对测量,在Z轴方向上实现了背景磁场40000 nT,频率为100 Hz、磁场强度幅值为1000 nT的交变磁场测量;在Y轴方向上实现了背景磁场1000 nT,频率为20 Hz、磁场强度幅值为500 nT的交变磁场测量。测量结果表明该实验装置适用于低频、弱磁场强度交变磁场的测量,该方法为交变磁场的测量和标定提供一种切实可行的技术手段。     

全保偏光纤地磁传感器

采用保偏光纤耦合器等保偏器件，搭建了马赫-曾德尔型保偏光纤干涉仪，在干涉臂中接入磁致伸缩材料粘附光纤结构的保偏光纤磁传感探头，通过磁致伸缩效应探测地磁场引起的光纤中的相位变化，建立了保偏光纤地磁场传感器实验系统，实现了稳定的磁场检测。实验分析了系统相位信号随磁场变化的特性以及频率响应特性，为系统选择适当的交流磁场进行直流磁场检测提供了依据，结果表明该系统最小可检测到1nT量级的磁场。实验测量了地磁场矢量在水平面各方向上的分量大小，得到的实验结果与理论值吻合得较好，证明该系统能够用于基于地磁场测量的定向导航。     

基于磁光晶体的光纤三维磁场传感器研究

光纤磁场传感器具有抗干扰能力强、小型化、低成本等技术优势。为了实现对空间磁场矢量的测量，基于磁光晶体提出了一种光纤三维磁场传感器。然后，设计和构建了光纤三维磁场传感器传感探头，搭建了光纤三维磁场测量系统。分析基于磁光晶体光纤三维磁场传感器的非正交误差，通过对基于磁光晶体的光纤三维磁场传感器三个传感单元两两夹角的准确测量，对系统三轴非正交误差进行标定补偿。实验测试装置利用一对通电线圈构建一维磁场对光纤三维磁场传感器系统进行三维正交标定，三轴标定精度分别为0.19°、0.26°和0.22°。实验结果表明，该基于磁光晶体光纤三维磁场传感器可实现0.2μT磁场强度分辨率和0.5°角度分辨率的磁场矢量测量。     

基于线性霍尔传感器的角度测量的非线性校正方法研究

本文提出了一种基于线性霍尔传感器的角度测量的非线性校正方法,在固定磁铁上绕制一定匝数的线圈,线圈产生的磁场与磁铁产生的磁场垂直,空间磁场为上述两个磁场的叠加,固定霍尔传感器的位置,同时保持控制电流不变,让磁铁绕霍尔传感器旋转产生角度的变换,霍尔传感器输出电压也将产生变化。对增加线圈和不增加线圈两种结构进行理论分析和仿真,从仿真结果看,霍尔电压与夹角的关系曲线明显线性增加,测量范围扩大,在角度测量中具有独特的优点。同时设计了传感器硬件电路,进行了实验测量,仿真和实测结果表明：该方法具有电路简单、实时性好、频率相应快、抗干扰能力强、安装调试方便等特点。     

一种方波调制的TMR磁场探测系统设计与实现

为了实现对磁场信号的高精度检测,利用隧道磁阻式磁传感器,设计并实现了一种精确分辨微弱磁场场信号的锁相放大系统。使用方波调制传感器输出信号,并利用Σ-Δ型ADC实现平均下抽取结构,抑制方波带来的高次谐波干扰,提高了ADC的有效分辨率,降低了系统运算量。通过理论与实验分析,验证了系统可以有效抑制噪声与温漂对测量精度的影响,并可精确标定nT级磁场。     

Novel nulling/balancing technique for fiber optic magneticgradiometer

A technique for balancing a fiber-optic magnetic gradiometer configured as a Mach-Zehnder interferometer is presented. The method uses different dither frequencies for nulling the DC field experienced by each transducer and a third frequency common to both transducers for detecting the gradient. The method overcomes the hysteresis when each transducer is separately nulled, and the balance is performable in real time. Noise spectra are shown in the near DC and a gradient sensitivity of 0.14 γ/ft-√Hz RMS at 0.22 Hz is demonstrated. This is believed to be the most sensitive direct measurement of a magnetic field gradient by a fiber-optic sensor that has been reported     

Fiber-optic magnetic gradiometer utilizing the magnetictranslational force

A fiberoptic AC/DC magnetic gradiometer utilizing magnetic translational force is proposed, and its working principle is verified. The minimum gradient of an AC magnetic field of 4×10^-2 is detected with 100 mm of Sm-Co-coated sensor fiber built into an interferometer. This gradiometer is intrinsically insensitive to spatially uniform magnetic fields but is sensitive to their gradients. Therefore, the dynamic range and S/N ratio of measurements with the proposed sensor are not restricted by the magnitude of background magnetic field, including the geologic magnetic field. Spatial resolution is <1 mm     

自适应双参考磁场梯度探测原理

本文使用4个单分量磁探头构成双参考磁场梯度探测装置.4个探头组成3个磁场梯度传感器,其中一个为信号传感器,另两个为噪声传感器.以信号传感器输出作为原始输入,噪声传感器输出作为参考输入,采用自适应噪声抵消技术,能有效消除因载体运动产生的涡流磁场及因磁探头方向相对地磁方向改变而引起的噪声输出.本文提出的双参考磁场梯度探测装置具有工艺性好,灵敏度高,虚警概率低的优点,可在实际磁探系统中使用.     

基于磁势梯度与高斯过程的空间磁场构建方法

构建准确的空间磁场是实现地磁室内定位的基础,针对传统构建模型未考虑磁场分布规律,导致其构建磁场精度差的问题,本文提出了基于磁势梯度与高斯过程的磁场构建方法.首先,将磁势梯度和磁场的关系中引入高斯过程,并用平方指数核函数的空间梯度与地球磁场分布的方差和作为高斯过程核函数;然后,将带有约束的超参数优化问题转换为无约束优化问题,并利用Rprop算法优化超参数;最后,通过仿真分析了新方法相比于传统方法的优势,讨论了超参数对构建精度的影响,并且使用三轴矢量磁传感器,分别在小区域较强磁场异常环境、开阔区域强磁场异常环境和弱磁场异常环境中开展磁场构建实验,结果证明提出的方法能够用于真实环境下空间磁场的准确构建.     

基于Sagnac干涉仪的光纤直流磁场传感研究

将磁致伸缩材料粘贴单模光纤构成的光纤磁传感探头接入Sagnac光纤环的一端,外加交流磁场将探头周围的直流磁场加载到4.9kHz的高频信号上,建立了基于Sagnac干涉仪的光纤直流磁场传感实验系统.采用锯齿波相位调制的方法,将干涉仪系统相位偏置在π/2附近,通过测量所加高频信号的幅度,实现了对直流磁场的测量.实验得到系统信号稳定性为0.4%,磁场分辨率为4.3nT,并给出36.75g铁块经过磁传感探头时系统的响应信号.     

High-frequency oscillation parametric current sensor with feedbackloop

This paper deals with a noncontact current sensor that operates from DC to high frequency. This sensor utilizes the phenomenon of parametric oscillation, whereby the parametric oscillation voltage is amplitude-modulated by the magnetic field of the measured current. The proposed sensor has been operated closed loop up to 3 kHz for measured current and as expected has better performance characteristics than the open loop version. In this paper, we describe the features of this novel current sensor and ways to extend the high-frequency limit. Experimental results are given to support the theoretical analysis     

Effect of external perturbations on fiber-optic magnetic sensors

The effects of external nonmagnetic perturbations on a fiber-optic magnetic sensor are analyzed theoretically. It is shown that the deleterious effects of these perturbations can be controlled by maintaining the DC magnetic field at prescribed levels. Experiments have been performed with externally applied stresses and accelerations (vibrations) that validate the theory and yield values for the stress and acceleration responsivities of the sensors studied in this investigation. The analysis and techniques given apply equally well to any interferometric sensor using nonlinear transduction mechanisms     

无源光纤脉冲磁场传感器的研制

研制了一种利用BiCaVIG晶体的磁光式光纤磁场传感器,并给出了传感头的基本结构。实测结果表明,在非线性小于±5%时传感器的线性动态范围优于70dB,噪声等效磁感应强度为1.5μT,传感器可用于脉冲弱磁场的测量。采用频谱分析的方法,测出了一种BiCaVIG晶体的法拉第效应动态响应特性,其-3dB频带宽度约为DC～200kHz。     

海底沉积物地温梯度测量系统设计

随着石油和天然气水合物调查工作的深入开展,为了对海底勘探区地温场的结构、状态需要有更细致的了解,设计一种高分辨、高精度的海底沉积物地温梯度测量系统.以高精度NTC型热敏电阻为传感器,选用16位高性能、多通道、低能耗的MSP430F123芯片作为主处理器,通过直流不平衡电桥的测量方式间接测量热敏电阻的阻值,在硬件方面和软件方面都采用滤波技术,克服电压源的干扰、仪器温漂和时漂带来的偏差,采用STEINHART＆ HART方程来进行R-T转换,经过零点漂移和温度漂移的修正,进而得到更精确的海底沉积物地温梯度曲线.系统测试结果表明,测量系统的分辨率可达1 mK,精度可达±3 mK（0～25℃）,该系统具有可靠性高、功耗小、体积小、操作方便等特点,具有很高的实用价值.     

Fiber-optic magnetic sensor utilizing the Lorentzian force

A fiber-optic magnetic sensor whose design is based on the Lorentzian force is presented. Optical phase sensitivities of 0.67 and 0.11 rad/(A/m) for AC and DC magnetic fields are obtained with a linearity of three decades using 100 mm of Al-coated sensor fiber. A configuration for multipoint AC field measurement with frequency-independent sensitivity is proposed. Electric current is measurable with a 2.6-rad/μA sensitivity