[发明专利]无磁全密封三轴磁通门磁力仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁力仪，特别涉及一种无磁全密封三轴磁通门磁力仪。

背景技术

磁通门磁力仪是在第二次世界大战中为了从飞机上探测敌方潜艇而发展起来的，已在地磁台以及陆地磁测、航空磁测、卫星磁测等方面得到广泛应用。其一般由磁通门探头组合而成，每一个磁通门探头能独立地探知某一方向上地磁场的强度，把三个探头相互垂直地组合在一起，即可同时测出地磁场强度的三个分量。

现有技术中，有关三轴磁通门磁力仪的专利技术有较多，较有代表性的专利技术有：如专利CN200710063635.6的中国发明型专利《一种隐式结构微型惯性测量单元》，按照一定垂直度、平面度和光洁度的要求，采用合成陶瓷材料加工一正方体基座。利用具有一定光洁度的合成陶瓷材料表面可电镀电路的特点，根据加速度计、陀螺仪的封装、电路原理图及安装要求，在基座表面电镀电路并附着焊盘。这种陶瓷材料首先成本较高，其次，该封装结构不是无磁，也不是全密封结构，各个零件膨胀系数不等，导致温度建模的重复性不好。诸如此类的专利技术还有很多，但其普通存在着一些不足，比如结构非密封，外形空间体积较大，耐环境能力弱，测量时易受干扰，难以对空间一个点的磁场的三个分量进行同步精度测量，温度建模的重复性差等不足。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的不足，研制了膨胀系数相等的无磁性合金和封接玻璃，提供一种一体化无磁全封装，能在较宽的温度范围内显示出卓越的温度建模重复性的无磁全密封三轴磁通门磁力仪。

本发明的目的是通过以下措施来实现的：一种无磁全密封三轴磁通门磁力仪，包括壳体、全密封腔体、测量线圈和磁芯，所述全密封腔体上通过玻璃烧结有多个焊针；所述全密封腔体、焊针和壳体均由与玻璃膨胀系数相等的无磁性合金材料制作而成。

进一步的，所述测量线圈包括三个正交的测量线圈，即X轴测量线圈、Y轴测量线圈和Z轴测量线圈，构成XYZ三个测量轴；所述三个测量线圈的中心设置有一个共用的磁芯，构成三轴磁通门；所述全密封腔体内还一体化封装有激励电路和测量电路；所述X轴测量线圈、Y轴测量线圈、Z轴测量线圈、磁芯和电路都在全密封腔内，他们的连接线采用玻璃绝缘的焊针对外引出。

进一步的，所述测量线圈的骨架也采用与玻璃膨胀系数相等的无磁性合金材料制作而成，所述骨架上绕制坡莫合金带和绕组。

一种用于无磁全密封三轴磁通门磁力仪的安装方法，包括如下安装步骤：第一步，安装三轴磁通门磁力仪的X轴测量线圈、Y轴测量线圈、Z轴测量线圈、磁芯和电路；第二步，安装X轴加速度计、Y轴加速度计、Z轴加速度计和其加速度计控制电路；第三步，安装X轴陀螺仪、Y轴陀螺仪、Z轴陀螺仪和其陀螺仪电路；第四步，安装其他模拟电压输出传感器或频率输出的传感器；第五步，安装数字模拟电路、温度传感器、微处理器、存储器及接口电路；第六步安装电源变换电路或功率放大电路；最后将无磁全密封壳体和上盖用激光焊接，构成一个完整的航姿参考系统或惯导测量系统或运动控制系统。

在本发明中，所述三个测量轴对应连有三个测量电路，每个轴的测量电路对该轴测量线圈输出的四个感应电压脉冲进行交流放大和相敏整流及滤波，滤波后的电压给积分器，积分后的电压再加给该轴测量线圈产生反馈电流，使该轴测量线圈产生的磁场完全抵消该轴的磁场分量。同时，由纳米非晶材料制成的磁芯，其磁滞电流极小，初始导磁率极高，导磁状态向饱和状态跃变时间短，四个感应电压脉冲宽度窄、峰值高、脉冲无粘连，便于全波相敏整流，很好地提高了开环灵敏度。将测量线圈、磁芯和电路进行一体化封装，其中电路由SOI工艺制造的集成芯片和高温阻容元件组成，使得本发明可以在-50℃至+210℃的环境中工作。振荡器及放大驱动电路组成的激励电路给磁芯提供激励电流；由放大电路、相敏整流和滤波、积分电路和反馈电阻组成的测量电路用于每个轴的测量，共三路，使三个轴的磁场分量为零，三路反馈电流精确对应三个轴的磁场分量。所述全密封腔体和焊针均由膨胀系数相等的无磁性合金材料制作而成，各个零件的膨胀系数相等，在很宽的温度范围内，三轴磁通门磁力仪处在零应力状态，从而显示出卓越的温度建模重复性。多个焊针用于电源、电机或电磁铁的功率接线；多个焊针用于编程和开发的数字信号接线；多个焊针用于连接其他数字模块的通讯的数字接线；省去了多个壳体和连接，大大减小尺寸，降低成本，减少电连接次数和全密封又提高了可靠性。

相对于现有技术，本发明具有如下显著优点：

(1)研制了膨胀系数相等的无磁性合金和封接玻璃，以及无磁性全密封玻璃封接技术，从而实现一体化和微型化。