“天问一号”火星磁强计伸杆机构（英文）

3 m多长的伸杆机构是天问一号火星磁强计的一个重要组成部分，用于将磁通门磁强计探头伸离卫星本体以减小卫星对磁场测量的影响。火星磁强计伸杆机构是一种多关节、铰链转轴驱动的一次性展开机构。在设计时充分考虑到了其功能性、可靠性和系统约束要求等因素。力学分析和地面验证试验表明火星磁强计伸杆机构足以承受最坏情况下的在轨环境。在经历了漫长的地火转移旅程后，火星磁强计伸杆机构于2021年5月25日成功展开。展开过程耗时约4.6 s，两个探头被送至远离环绕器本体位置，其中外侧探头距离环绕器3.19 m，内侧探头距离环绕器2.29 m。展开到位后，外侧探头处所测得的磁场大小由1250 nT减弱至不到6 nT。火星磁强计伸杆机构为后续探测任务中需在低温环境下长期贮存的空间展开机构的研制提供了宝贵的工程经验。     

以磁致伸缩原理为基础的光纤磁场传感器的最新进展

本文重点研究1990年以来以磁致伸缩原理为基础的光纤磁力测量方面的发展,最新实验结果表明:所测磁场频率范围是从直流到交流的1Mz;频率在34Hz时分辨率为O.07PT;1Hz时分辨率为10PT。论述的主要内容包括原理、基本装置、传感器的品质因数及提高灵敏度的方法。介绍首次探测人体磁信号(心磁图)的光纤磁场梯度计,及多通道光纤磁强计在港湾航线的应用。     

脉冲磁场测量系统的研制和标定

为了评估雷击建筑物或其附近室内的脉冲磁场水平,研制了一套由自制磁场探测线圈与光纤传输系统集成的脉冲磁场测量系统.光纤传输系统的灵敏度系数通过正弦波发生器进行标定.8/20μs冲击电流发生器输出端连接直径为0.3 m的单匝线圈组成磁场发生器,磁场探测线圈通过固定在单匝线圈的中心进行标定.试验结果表明,该系统能够有效地测量脉冲磁场,磁场探测线圈的B/U标定系数误差小于3%.     

磁电系数自动化测试系统设计研究

采用LabVIEW软件平台搭建一套自动化的磁电系数测试系统,完善复合磁电材料磁电系数测试方法.测试系统的直流磁场测试范围为:0～100 Oe,磁场分辨率为0.016 Oe;交流磁场频率测试范围为:10～105 Hz,频率分辨率为1 MHz.对Pb(Mg1/3 Nb2/3 )-0.30 PbTiO3/Metglas复合磁电材料进行多次测量,测试结果表明,该测试系统具有良好的数据采集、数据保存、实时显示功能与可操作性,并且系统软件具有参数设置灵活、可二次开发等优点.     

微振样品磁强计

微振样品磁强计可用于研究在外磁场下物质磁性的各种表现。文中对仪器应用的原理、机械构造、探测线圈的设计、电子线路及工作特性做了叙述。对本方法的优缺点及适用范围也做了简要评论。仪器有成套性,除测量磁矩系统外,尚附有霍尔测量磁场系统。测量磁矩范围是:10~(-4)～10~2电磁单位磁矩,分辨率不低于2×10~(-5)电磁单位磁矩,在中等灵敏度下相对精度不低于1％霍尔测场误差在中等磁场下不大于1％。     

基于法拉第效应的光纤磁场传感技术

针对亚铁磁材料阐述了基于法拉第效应测量磁场的理论基础，讨论了传感器的响应特性和方向性，并分析了传感器的频率响应和噪声特性。对于3mm长的YIG(Yttrium Iron Garnet)样品，当B≤60mT时，传感器的输出为线性而且没有滞后作用；在80Hz的频率点的噪声相当于10nT／√Hz磁场，传感器的频率响应在2．5MHz—700MHz以内是基本平直的。这些指标说明基于法拉第效应的光纤磁场传感器适合脉冲磁场的测量。     

以法拉第效应为原理的光纤磁场传感器的最新进展

本文探讨了1990年至现在以法拉第旋转理论为依据的光纤磁场传感器的发展,主要从传感器材料的性能和电力系统测量方面论述。光纤电流传感器已经应用在电缆截面的故障探测。传感器响应速度为4μs,足以探测脉冲而产生的瞬时电流(瞬间放电)。所探测的弱磁场可以达到1.4PT/(Hz)~(1/2),利用脉冲激光脱水和晶体取向附生这种激光脱沉技术生长的材料Cd_0.92Mn_0.08Te~(*)Verdet常数可以达到390deg/Tmm(光源波长为775nm)。本文也提出了光纤磁场传感器用于石油勘探开发研究中的可能性。     

海浪感应电磁场特性研究

为了研究海洋环境电磁场对海上低频电磁场探测的影响,首先推导了三层介质中海浪速度函数,再利用电磁场边界条件求解麦克斯韦方程组,建立了三层介质中海浪运动产生感应电磁场的数学模型.在仿真分析基础上进行了浮动平台和沉底固定平台的海浪感应电磁场测量实验,结果表明:海浪感应电磁场频率集中在0.5 Hz以下,大小和频率都与海浪速度密切相关,海浪速度越快频率越低,3级海况下海浪感应电场可达数μV/m量级,感应磁场可达0.5 nT量级.     

基于矢量拟合的直流输电线路建模

针对线路传播过程中的频变现象,采用矢量拟合法进行频变直流线路建模并对其建模影响因素进行分析。通过对线路进行阻抗频率特性测量,采用矢量拟合法对测量得到的离散点进行有理函数逼近,拟合的带宽为10~0～10~(6 )Hz,得到考虑频变特性的直流线路数学分析模型,以此为基础建立其3阶线路等效模型,并对线路建模效果的影响进行了深入分析。所建立的线路等效模型与在基于实际参数的PSCAD/EMTDC(power systems computer aided design)软件中建立的直流线路仿真模型进行对比分析,其误差最大处不超过10~(-2),且在故障行波主要传输频段10~3～10~5 Hz内具有很高的精度。其结果验证了该方法具有良好的精确性和适用性。     

矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系统设计

为解决聚焦双频激电法超前探测仪器应用于煤矿井下进行探测的问题,设计了矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系统.该系统可产生双频PWM驱动控制信号,控制激励信号发送系统产生5路双频调制激励方波电流信号;通过井下测量电极及矿用传输电缆采集微弱激电电压信号,由锁相放大器进行信号处理后获得高低频电压幅值及相位等激电信息;矿用本安型人机界面实现探测数据及图像显示以及对整个系统的控制.研究结果表明:该接收系统产生驱动控制信号的频率为8 Hz及8/13 Hz、4 Hz及4/13 Hz、2 Hz及2/13 Hz、1 Hz及1/13 Hz四组中的任意一组,频率误差绝对值小于0.14%,激电电压幅值测量范围为±5 V,相对测量误差绝对值小于1.4%,满足实际超前探测要求.     

零磁室内环境磁场噪声的测定

本文用国产超导量子干涉仪,即SQUID,对国家地震局地球物理所建造的零磁空间实验室(零磁室)内的环境磁场噪声进行了探测.室内磁场噪声约为(Hz)~(1/(0.89×10~(-12)T/).该结果表明:这样的零磁室可用来测量人体器官组织的弱磁信号,也是进行生物磁医学、高温超导材料学以及地震学等研究的理想测试环境。     

IVMD降噪下的磁梯度张量系统集成校准方法

磁梯度张量系统（MGTS）经过校准能够减小传感器系统误差、阵列非对准误差和载体磁干扰误差，但磁测信号常受到环境电磁场、地磁脉冲信号等噪声的干扰，使得系统校准精度受限。为此，提出了在独立变分模态分解（IVMD）降噪下的MGTS集成校准方法。首先，进行旋转采样获得足量磁场矢量信号，并合成为总场强度和方向信号以避免降噪失真；然后，利用谱循环相关系数对信号进行端点延拓以抑制端点效应，对合成信号进行变分模态分解（VMD），并对主分量进行核独立成分分析（KICA），进一步消除噪声和模态混叠；最后，利用集成补偿和旋转对准（ICRA）方法的一步校准系统，消除系统误差、非对准误差和硬软磁干扰的影响。实测表明，相较于ICRA直接校准，该方法在室内电场环境中将张量分量均方根误差（RMSE）由近100 nT/m约束在5.6 nT/m内；在磁性目标定位实验中，定位距离均方根误差由0.157 m减小至0.066 m。     

二维矢量声强的误差分析

为便于识别和定位平面内噪声源,依据双传声器互谱声强法原理,建立二维矢量声强探头的物理模型,推导了二维声强的计算公式,分别在单极子和偶极子声场条件下,利用该探头测量二维声强及定位误差。结果表明：对于单板子声场,频率小于4600Hz时,x,y方向和总声强理论误差均不超过1．5dB;频率小于1600Hz时,定位误差均小于0．01m。对于偶极子声场,测点距y轴小于0．01m、频率小于1300Hz时,定位误差较大,均大于0．01m;测点距Y轴0．6～2．0m、频率小于1600Hz时,定位误差均小于0．01m,能够满足工程上的需求。     

组合导航中磁强计干扰估计与补偿方法

针对磁场干扰较大导致组合导航定位中磁强计解算航向角严重失准的问题,提出一种磁强计的磁场干扰补偿方法。分析了磁强计输出模型,利用陀螺仪求解的航向角差、横滚角和俯仰角,建立磁场干扰模型。将三轴磁场干扰转化为两轴磁场干扰,再采用最小二乘拟合法对其进行估计并补偿,输出补偿后的航向角。在人为设置磁场干扰源的条件下进行转台实验,实验结果表明,该方法补偿后的磁强计磁场干扰得到有效抑制,航向角精度有效提高。     

基于足绑式INS的行人导航三轴磁强计在线校准

基于低成本微电子机械系统(MEMS)惯性传感器的足绑式惯性导航系统(INS)是行人自主导航常用的一种方式,足绑式INS可与磁强计组合来约束航向角误差,但磁强计存在误差需要校准。该文提出了适合行人导航的磁强计误差模型和在线校准算法。根据磁强计的误差特性和足绑式INS的机动性,建立了磁强计误差变量的状态方程和观测方程,利用扩展Kalman滤波器(EKF)对三轴磁强计误差进行在线估计和实时校准,利用零速修正(ZUPT)算法和磁航向角约束算法对足绑式INS的误差进行约束。为验证算法的有效性,在操场进行了一圈徒步行走实验。实验结果表明:使用磁强计误差在线辨识和校准算法后,与未进行磁强计误差校准相比,行人导航东向终点误差由-110.7m减小到1.8m,北向终点误差由37.8m减小到5.2m,磁强计误差得到有效校正。该算法实现了基于足绑式INS的行人导航磁强计误差在线校准,大幅提高了行人自主导航的定位精度。     

磁性物体探测的线性求解方法

利用磁偶极子磁场的逆变换公式，推导出通过物体磁场及其梯度表示的用于解决磁性物体探测等问题中的线性方程组，解决了以往在求解该问题过程中缺乏清晰的理论模型及计算误差较大等问题．在计算机上所作的模拟计算表明该方法是成功的．对该方法的实施硬件及探测器分辨率与探测误差等关系作了一定的讨论．     

水平式隧穿磁强计的性能实验

水平式隧穿磁强计是一种新型隧穿磁强计,其特点是:反映磁场变化的Loren tz力与敏感元件在同一水平面内。对已加工的这种磁强计表头进行了性能实验。实验内容包括:通过隧道电流和驱动电压的测试实验来验证该表头是一种符合隧道效应的传感器;通过隧道电流和线圈电流的测试实验来验证该表头具有磁强计的基本功能。测试结果表明:这种磁强计符合隧道效应并能够敏感磁场信号。     

一种永磁轴承的设计和磁场分布的解析计算

从永磁体的分子电流观点出发,应用矢量磁位法,对轴向均匀充磁的永磁环,建立用完全椭圆积分表示的永磁环外部空间磁势和磁场分布的解析计算表达式.根据矢量迭加原理,应用该公式可计算1块至多块永磁环并列放置时其外部空间的磁场分布.通过对单块永磁环磁场分布的仿真计算和实验测试数据比较,磁感应强度计算误差不超过8%,验证了计算公式的正确性.     

自动跟踪式核磁共振磁强计

本文介绍的核磁共振磁强计能自动搜索被测磁场值并能跟踪磁场值的变化,同时将被测磁场强度值用数字显示出来。配用低温探头时,可在4.2K低温下测定超导磁体内的磁场强度,测磁范围为1—13.5T,在磁场梯度等△H/H<10~(-4)(1cm~3)时,准确度为5×10~(-5)。配用室温探头时,可测定电磁铁、永磁铁及超导磁体室温孔内的磁场强度,测磁范围为0.03—     

NO2分子Faraday效应磁强计

采用Faraday光谱方法,系统研究了交流(Zeeman调制)、直流(光强调制)磁场下,NO2气体分子的光谱信号随外加磁场的变化关系.实验结果与理论分析表明,NO2分子的光谱信号与外加磁场呈线性关系,由此提出了一种NO2分子Faraday效应磁强计,预期可以测量5×10-3～100 mT,DC-1 MHz范围内的磁场,并具有良好的线性度.