多磁路磁通門傳感器及芯體模型參數(shù)優(yōu)化的研究.pdf

1、弱磁場特別是地磁場的精確測量，在衛(wèi)星姿態(tài)測量與控制、水下潛艇自主導(dǎo)航、地震預(yù)報(bào)、醫(yī)療設(shè)備、礦業(yè)選址等方面有著非常重要的作用。在眾多的矢量磁傳感器中，磁通門傳感器在弱磁場測量中有著體積小、重量輕、靈敏度高等突出優(yōu)勢，因而在實(shí)際中被廣泛應(yīng)用。
　　磁通門傳感器是利用激勵(lì)磁場和外界磁場使磁芯反復(fù)飽和而達(dá)到測量磁場的目的，主要由探頭、激勵(lì)電路和檢測電路組成。磁通門傳感器的核心部分是探頭，而探頭的核心部分是磁芯，因此磁芯模型的精確性對于分析

2、和設(shè)計(jì)磁通門探頭有著非常重要的意義。不同磁芯結(jié)構(gòu)的磁通門探頭，其工作機(jī)理和用途也大有不同。設(shè)計(jì)不同的磁芯結(jié)構(gòu)和激勵(lì)方式，以滿足特殊場合磁性精確測量的需求。近年來，磁通門傳感器朝著高性能、微型化、低功耗等方向發(fā)展，在提高磁通門傳感器性能、降低磁通門傳感器體積、減少復(fù)雜性和降低功耗等方面對磁通門探頭的結(jié)構(gòu)、輸出信號的檢測和處理方式等提出了更高的要求。
　　論文圍繞磁通門芯體模型參數(shù)的精確測定、磁芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和磁通門輸出信號處理等關(guān)鍵技

3、術(shù)開展研究，主要內(nèi)容如下:
　　1.芯體模型參數(shù)的精確測定方面。采用生物地理學(xué)優(yōu)化算法和果蠅優(yōu)化算法優(yōu)化描述磁芯磁滯特性的Jiles-Atherton(J-A)模型的參數(shù)。(1)針對生物地理學(xué)優(yōu)化算法存在的搜索能力不強(qiáng)、易出現(xiàn)早熟現(xiàn)象等問題，采用Arnold映射產(chǎn)生初始種群和引入差分變異策略改進(jìn)遷移方程提高算法的性能，仿真結(jié)果與遺傳算法、粒子群算法、差分進(jìn)化算法和生物地理學(xué)優(yōu)化算法進(jìn)行比較。(2)針對果蠅優(yōu)化算法存在的易陷入局部極

4、值和精度低、穩(wěn)定性差的問題，采用動態(tài)變尺度步長產(chǎn)生果蠅的移動方向，改善算法性能，仿真結(jié)果與粒子群算法、果蠅優(yōu)化算法進(jìn)行比較。
　　2.新型結(jié)構(gòu)的磁通門探頭的設(shè)計(jì)和仿真方面。(1)針對狹縫、小空間等狹小空間磁場的測量，設(shè)計(jì)“日字形”磁通門探頭并研究其工作機(jī)理;利用有限元分析軟件ANSYS對其進(jìn)行仿真研究，驗(yàn)證工作機(jī)理的正確性。(2)針對狹縫、小空間等狹小空間點(diǎn)磁場的測量，設(shè)計(jì)“田字形”磁通門探頭;對“田字形”磁通門探頭的激勵(lì)方式和工

5、作機(jī)理進(jìn)行分析;利用ANSYS軟件對其進(jìn)行仿真研究，驗(yàn)證“田字形”磁通門探頭設(shè)計(jì)的合理性和工作機(jī)理的正確性。
　　3.新型結(jié)構(gòu)的磁通門探頭的制作和測試方面。(1)以坡莫合金帶材為磁芯材料加工制作“日字形”磁芯，制作“日字形”磁通門探頭;實(shí)驗(yàn)測試“日字形”磁通門探頭在正弦波和方波激勵(lì)下的輸出特性。(2)以坡莫合金薄膜為磁芯材料加工制作“田字形”磁芯，制作“田字形”磁通門探頭;實(shí)驗(yàn)測試“田字形”磁通門探頭在中間激勵(lì)方式下的輸出特性。<

6、br>　　4.同尺寸的“日字形”和“田字形”磁通門探頭性能的研究方面。(1)制作與“田字形”同尺寸的“日字形”磁通門探頭;(2)測試兩種探頭分別在對邊激勵(lì)方式和四周激勵(lì)方式下的輸出特性，分析兩種探頭的輸出信號。
　　5.磁通門探頭輸出信號處理方法和點(diǎn)磁場測量的研究方面。(1)利用軟處理方法對探頭輸出信號進(jìn)行處理，代替常規(guī)的模擬電路處理;(2)研究了平面點(diǎn)磁場測量的方法。
　　研究結(jié)果表明:(1)生物地理學(xué)優(yōu)化算法和果蠅優(yōu)化算