两轴地磁信号修正的陀螺姿态算法

目前捷联式惯导系统是惯性技术的发展方向,姿态算法是捷联惯导系统算法中的一个重要组成部分,其精度直接影响弹体姿态控制能力,为此文中提出了一种采用三轴MEMS陀螺进行姿态探测,并用两轴地磁信号解算出的滚转角修正陀螺累计误差的方案,仿真分析了地磁陀螺信号组合测姿算法。结果表明:该方案相对于单纯陀螺信号解算姿态角精度高,可用于改善测姿结果。     

Overhauser磁力仪探头激发频率测试仪研制

Overhauser磁力仪探头中自由基溶液激发频率的精度直接决定探头输出拉莫尔旋进信号的质量.为准确获得激发频率,本文设计了一种Overhauser磁力仪探头激发频率测试仪.针对目前测试设备存在的分辨率较低、操作复杂等问题,采用高分辨率DDS作为可控射频信号源;运用ADC同步采集技术,结合归一化数据处理方法有效解决50MHz~100MHz范围内幅频特性曲线不平坦的问题;采用射频功放、小信号放大作为辅助测量通道,实现仪器的标准、辅助测量一体化.通过对探头谐振腔的等效电路进行仿真,得到微调电容对探头谐振频率和品质因数的影响程度,并用商用探头进行测试,进一步验证仿真结果;同时得到自由基溶液的极化度与射频激发功率、激发时间的关系.最终实验结果表明,利用本文研制的Overhauser磁力仪探头激发频率测试仪,能够准确测量自由基溶液的激发频率、频率带宽以及品质因数,还可用于在磁力仪设计过程中对激发功率和激发时间的确定,为进一步设计Overhauser磁力仪奠定了基础.     

基于Maxwell与Simplorer仿真分析磁通门磁场传感器瞬态响应

为分析磁通门磁场传感器的工作原理,基于Maxwell和Simplorer软件建立了磁通门磁场传感器的电磁联合仿真模型,仿真了磁通门非线性激励电路中电流波形和磁通门传感器的瞬态响应过程,分析计算了磁通门二次谐波灵敏度以及磁通门传感器的转换系数.为验证仿真模型的准确性,利用钴基非晶薄片制作了磁通门传感器探头并利用开关电源驱动电路激励磁通门工作.实际测量的激励电流波形与仿真结果基本一致,磁通门二次谐波灵敏度的测量值与仿真值误差小于1.1%.测量磁通门的频率响应曲线得到磁通门的转换系数为100 mV/μT,与仿真值几乎完全一致,两者误差小于1.5%.该仿真模型对理解磁通门传感器的工作原理、瞬态响应过程以及指导微型磁通门传感器设计具有重要意义.     

基于磁强计的皮卫星姿态角测量误差

采用三轴磁强计测量地磁场矢量,与轨道演化和国际地磁场参考模型(IGRF)计算获得的地磁场矢量进行比较,获得姿态角度信息的方法适合体积小、重量轻、功耗低的皮卫星应用环境。地磁场矢量实际测量误差和轨道模型演化计算的地磁场矢量误差是皮卫星姿态角测量的两大误差源。通过分析获得磁强计A/D采样、磁传感器误差、温度漂移、铁磁材料等因素导致地磁场矢量实际测量误差为1.74°。皮卫星自身的特点不允许采用复杂的SPG4轨道演化模型,基于Kepler轨道模型和IGRF地磁场模型计算获得的地磁场矢量误差为0.5°。因此,基于三轴磁强计的皮卫星姿态角测量误差为2.24°。     

量子磁力仪评说

作者在本文中全面扼要地论述了各种量子磁力仪的基本原理、研究和开发方面的进展以及应用情况。量子磁力仪包括核子旋进磁力仪(质子、He3)、欧弗豪泽-阿布拉姆质子磁力仪、光泵磁力仪(He4、K、Cs、Rb)、原子磁力仪和超导磁力仪。重点介绍了:1)法国和加拿大制造的欧弗豪泽-阿布拉姆质子磁力仪,这种磁力仪可能接替质子磁力仪;2)欧洲航天局考虑用作卫星磁测的新型He4光泵磁力仪,由法国J.M.Le-ger等研制(美国帕拉托密克公司的R.E.Slocm博士等也独立地作了类似的研究和开发工作),采用可调谐激光器作光源(利用D0线),灵敏度很高,各向同性良好;3)气态碱金属(K、Cs、Rb)光泵磁力仪(目前仍用元素灯作光源,利用D1线),应用广泛;4)美国普林斯顿大学物理系M.V.Romalis教授和华盛顿大学物理系的J.C.Allred等研制成的一种新型原子磁力仪,完全利用光学方法测量磁场,灵敏度达到0.54fT／Hz1/2(1fT=10-15T,fT,飞特),将来可能达到10-18T;5)超导量子干涉磁力仪,这种磁力仪在4°K条件下工作时,灵敏度最高,达到1fT／Hz1/2,而且测程大,频带很宽(0-n×106Hz),能够响应快速变化的磁场,最近出产的高温超导磁力仪(HTC SQUID),比较轻便,不仅可作磁测,而且可用于电磁法测量。     

Integrated calibration and magnetic disturbance compensation of three-axis magnetometers

Technological limitations in sensor manufacturing and unwanted magnetic fields will corrupt the measurements of three-axis magnetometers. An experiment with four different magnetic disturbance situations is designed, and the influence of hard-iron and soft-iron material is analyzed. The calibration method with magnetic disturbance parameters is proposed for calibration and magnetic disturbance compensation of three axis magnetometers. It is not necessary to compute pseudo-linear parameters, thus the integrated parameters are computed directly by solving nonlinear equations. To employ this method, a nonmagnetic rotation equipment, a CZM-3 proton magnetometer, a DM-050 three-axis magnetometer, two magnets and two steel tubes are used. Calibration performance is discussed in the four situations. Compared with several traditional calibration methods, experiment results show that the proposed method has better integrated compensation performance in all situations, and error is reduced by several orders of magnitude. After compensation, RMS error is reduced from 10797.962 nT to 15.309 nT when the big magnet and steel tube are deployed. It suggests an useful method for calibration and magnetic disturbance compensation of three-axis magnetometers.     

VSM多功能石英试杆的设计

在振动样品磁强计(VSM)测量中,样品在磁场中的位置变化所引起的误差不容忽视,特别对于那些超薄薄膜样品测量,因位置变化所引起的误差更大。为了确保对一系列样品的测量都在同一位置上,或位置误差<0.1mm,本文提出一种简单的、新颖的、不用拆卸的多功能石英试杆设计。     

一种新型方位传感器

简述了二次谐波法磁通门磁强计的工作原理。以高导磁材料坡莫合金丝作探头铁芯 ,试制了一种以正交的双轴磁通门磁强计为基本结构的摆式航向传感器。该传感器体积小 ,分辨率高 ,精度达到 0 .2°。     

基于Cs原子磁力仪的高灵敏度磁场方向测量方法

介绍了自旋调制标量原子磁强计矢量化测试方法,从主磁场幅值和横向磁场的测试灵敏度得到该方法的磁场方向测量灵敏度为0.75μrad/Hz1/2.从磁场方向测量的角度与其他标量原子磁强计矢量化测量方法进行了对比,表明:该方法更简洁,并且能直接给出主磁场方向与磁力线的偏离信号,在地震地磁监测和磁力线寻的制导等领域中具有独特的应用价值.     

基于GPS同步的新型低温超导磁力仪

针对地球物理勘探中高精度磁场测量以及远距离数据同步的需求,本文基于低温超导量子干涉仪和图形化系统开发平台构建了一种可通过GPS同步的新型磁力仪,并可采用简便的直读方式进行磁场测量.首先介绍了新型低温超导磁力仪的工作原理,并重点阐述了由其程控直读电路以及软硬件设计方案;然后在分析影响超导磁力仪数据同步因素的基础上,给出了GPS同步实现及其同步精度标定的方法;最后在良好的磁屏蔽环境中对超导磁力仪的性能以及电磁兼容进行了评估,并对影响其同步的相关因素进行了测试和标定,试验表明传感器的本底噪声约为6 fT/ Hz@1 kHz,数据同步精度可达1 ms,满足实用要求.