一种微弱磁场的高精度复现装置及复现方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微弱磁场的高精度复现装置及复现方法，包括输入电路，还包括主控电路、基准电压源、粗调DAC、细调DAC、比例衰减器、电压加法器、载流线圈、磁屏蔽筒和压控恒流源。本发明专利技术通过电路设计配合复现方法，将磁场分为了粗调磁场和细调磁场，再转化为粗调DAC控制码C

【技术实现步骤摘要】
一种微弱磁场的高精度复现装置及复现方法


[0001]本专利技术涉及一种磁场复现装置及方法，尤其涉及一种微弱磁场的高精度复现装置及复现方法。

技术介绍

[0002]弱磁场传感器及其测试技术广泛应用于潜艇探测、磁导航、弹道磁修正、舰船消磁等国防军工领域和空间科学、地球物理、资源勘探、环境保护、生物医疗、航海、无损检测、卫星导航等国民经济领域。
[0003]在这些应用中，一般都需要进行弱磁场复现，同时需要考虑屏蔽地磁场及环境干扰磁场，最常用、最经济、最方便的方式就是在屏蔽筒内使用无矩线圈复现弱磁场。
[0004]对于高精度的原子磁强计应用来说，需要复现的最大磁场强度为100μT，而且同时满足最小10pT的精度要求。当采用线圈常数为65μT/A的无矩线圈时，实现100μT的磁场需要电流为1.5A，但如果同时要实现pT级的精度,则要求电流分辨率达到0.01μA量级,这就跨越了7个数量级，因此要同时满足最大磁场和最小磁场分辨率是很困难的。
[0005]现有的技术方案如专利CN 108305763 A所述,但其方案有如下问题:
[0006]1、通过简单的电阻分压只能实现很微弱的磁场，难以同时满足最大磁场范围和最小磁场分辨率精度要求。
[0007]2、通过外接的恒流源实现，由于高分流比导致误差放大，因此重复性很差。
[0008]所以目前需要一种可同时满足最大磁场范围和最小磁场分辨率精度要求，可实现跨越多个数量级精度的磁场复现装置及方法。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的就在于提供一种解决上述问题，可同时满足最大磁场范围和最小磁场分辨率精度要求，可实现跨越多个数量级精度的一种微弱磁场的高精度复现方法。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是这样的：一种微弱磁场的高精度复现装置，包括输入电路，还包括主控电路、基准电压源、粗调DAC、细调DAC、电压加法器、载流线圈、磁屏蔽筒和压控恒流源；
[0011]所述基准电压源分别接粗调DAC和细调DAC，为粗调DAC和细调DAC提供粗调基准电压V
rc
和细调基准电压V
rf
；
[0012]所述粗调DAC、细调DAC的控制端接主控电路，输出端用于受主控电路控制分别输出粗调电压和细调电压；
[0013]粗调电压经粗调比例衰减器衰减后形成电压V
c
，细调电压经细调比例衰减器衰减后形成V
f
，且粗调比例衰减器的衰减系数为a
c
，细调比例衰减器的衰减系数为a
f
；
[0014]所述电压加法器，两输入端分别接V
c
和V
f
，输出端接压控恒流源，用于根据V
c
、V
f
产生并输出设定电压V
s
至压控恒流源；
[0015]所述输入电路经载流线圈、压控恒流源到地回流，所述载流线圈位于磁屏蔽筒内，
载流线圈通过电流后产生均匀磁场，所述压控恒流源的控制端接电压加法器的输出端，压控恒流源的接地端设有取样电阻，阻值为R
s
，用于根据V
s
改变其输出电流，使载流线圈上通过恒定电流I产生恒定磁场，并通过取样电阻产生取样电压；
[0016]所述主控电路用于根据下式，得到粗调DAC控制码C
C
和细调DAC控制码 C
f
；
[0017][0018]式中，B为需复现的磁场强度，K为载流线圈的线圈常数，C
c
和C
f
分别为粗调DAC控制码和细调DAC控制码，粗调DAC和细调DAC的分辨率为b，则C
c
、 C
f
的取值为整数且范围均为0
‑2b
；b
c
和b
f
分别为C
c
和C
f
的最大值，为2
b
。
[0019]作为优选：所述基准电压源为高精度高稳定电压基准源及其外围电路，且基准电压源为粗调DAC和细调DAC提供粗调基准电压V
rc
和细调基准电压V
rf
；具体为，基准电压源输出基准电压V
r
，V
r
经粗调基准衰减电路衰减成粗调基准电压V
rc
，V
r
经细调基准衰减电路衰减成细调基准电压V
rf
。
[0020]作为优选：粗调基准衰减电路和细调基准衰减电路均不衰减，或衰减比例相同，使V
rc
＝V
rf
，且V
r
和R
s
的数值设计为相同值，则
[0021][0022]式中为粗调磁场强度B
c
，为粗调磁场常数K
c
，当C
c
＝1时，最小粗调磁场强度当C
c
＝2
b
时，最大粗调磁场强度
[0023]为细调磁场强度B
f
，为细调磁场常数K
f
，当C
f
＝1时，最小细调磁场强度当C
f
＝2
b
时，最大细调磁场强度且a
c
、a
f
的值满足B
fmax
≥B
cmin
。
[0024]作为优选：所述载流线圈为能在通过电流时产生均匀磁场的线圈，包括无矩线圈、圆柱形螺线管、亥姆霍兹线圈或麦克斯韦线圈或上述线圈的组合。
[0025]作为优选：所述主控电路为单片机和其外围电路、FPGA及其外围电路、或 DSP及其外围电路，且所述主控电路连接上位机，用于接收上位机的指令，控制粗调电压电路和细调电压电路工作。
[0026]作为优选：所述比例衰减电路为运算放大器构成的正向放大电路和其外围电路，或电阻串联分压电路。
[0027]作为优选：电压加法器由运算放大器构成的电压加法器和其外围电路构成。
[0028]作为优选：所述磁屏蔽筒用于对地磁场和外部干扰磁场进行屏蔽，采用 1J50、1J79牌号的软磁合金制成。
[0029]作为优选：所述压控恒流源由误差放大器、功率放大电路、取样电阻及外围元件构
成，其中误差放大器采用运算放大器及外围元件，功率放大电路采用达林顿管、MOSFET、三极管、压控线性恒流源、或压控DC/DC，取样电阻为高精度无感电阻，采用单独的功率电阻或几百mΩ的电阻和运放构成。
[0030]一种微弱磁场的高精度复现装置的复现方法，包括以下步骤；
[0031](1)建立一微弱磁场的高精度复现装置，其中载流线圈为双层同轴线圈构成的无矩线圈，所述双层同轴线圈包括内线圈和外线圈，电路设计时使V
rc
＝V
rf
，且V
r
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微弱磁场的高精度复现装置，包括输入电路，其特征在于：还包括主控电路、基准电压源、粗调DAC、细调DAC、电压加法器、载流线圈、磁屏蔽筒和压控恒流源；所述基准电压源分别接粗调DAC和细调DAC，为粗调DAC和细调DAC提供粗调基准电压V
rc
和细调基准电压V
rf
；所述粗调DAC、细调DAC的控制端接主控电路，输出端用于受主控电路控制分别输出粗调电压和细调电压；粗调电压经粗调比例衰减器衰减后形成电压V
c
，细调电压经细调比例衰减器衰减后形成V
f
，且粗调比例衰减器的衰减系数为a
c
，细调比例衰减器的衰减系数为a
f
；所述电压加法器，两输入端分别接V
c
和V
f
，输出端接压控恒流源，用于根据V
c
、V
f
产生并输出设定电压V
s
至压控恒流源；所述输入电路经载流线圈、压控恒流源到地回流，所述载流线圈位于磁屏蔽筒内，载流线圈通过电流后产生均匀磁场，所述压控恒流源的控制端接电压加法器的输出端，压控恒流源的接地端设有取样电阻，阻值为R
s
，用于根据V
s
改变其输出电流，使载流线圈上通过恒定电流I产生恒定磁场，并通过取样电阻产生取样电压；所述主控电路用于根据下式，得到粗调DAC控制码C
C
和细调DAC控制码C
f
；式中，B为需复现的磁场强度，K为载流线圈的线圈常数，C
c
和C
f
分别为粗调DAC控制码和细调DAC控制码，粗调DAC和细调DAC的分辨率为b，则C
c
、C
f
的取值为整数且范围均为0
‑2b
；b
c
和b
f
分别为C
c
和C
f
的最大值，为2
b
。2.根据权利要求1所述的一种微弱磁场的高精度复现装置，其特征在于：所述基准电压源为高精度高稳定电压基准源及其外围电路，且基准电压源为粗调DAC和细调DAC提供粗调基准电压V
rc
和细调基准电压V
rf
；具体为，基准电压源输出基准电压V
r
，V
r
经粗调基准衰减电路衰减成粗调基准电压V
rc
，V
r
经细调基准衰减电路衰减成细调基准电压V
rf
。3.根据权利要求2所述的一种微弱磁场的高精度复现装置，其特征在于：粗调基准衰减电路和细调基准衰减电路均不衰减，或衰减比例相同，使V
rc
＝V
rf
，且V
r
和R
s
的数值设计为相同值，则式中为粗调磁场强度B
c
，为粗调磁场常数K
c
，当C
c
＝1时，最小粗调磁场强度当C
c
＝2
b
时，最大粗调磁场强度时，最大粗调磁场强度为细调磁场强度B
f
，为细调磁场常数K
f
，当C
f
＝1时，最小细调磁场强度
当C
f
＝2
b
时，最大细调磁场强度且a
c
、a
f
的值满足B
fmax
≥B
cmin
。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：赵勇，陈劲松，张弛，代中华，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第九研究所，
类型：发明
国别省市：