[发明专利]一种基于非晶丝正交阵列的高分辨率正交磁通门全方位磁场梯度传感器

权利要求书

1.本发明设计了一种基于非晶丝正交阵列的正交磁通门全方位磁场梯度传感器。通过测定磁场梯度在X，Y和Z轴上的分量，可准确地测定磁场梯度的大小和方向，从而准确确定产生磁场梯度的磁性目标的位向。所述的基于非晶丝探头正交阵列的正交磁通门全方位磁场梯度传感器至少包括：一个由六个紧凑型轴对称单根非晶丝传感器探头组成的正交阵列(图1)；一个正负双电源电路；一个非晶丝激励电流电路和三套信号处理电路(图2)。

2.由六个紧凑型轴对称单根非晶丝传感器探头组成的正交阵列特征在于：六个探头分为三组，每组两个，相隔一定距离L，分布在同一条轴线上，将三组非晶丝探头对分别配置在笛卡尔坐标的X，Y和Z轴上，组成一个非晶丝探头正交阵列。反向串联同组的两个非晶丝探头的采样线圈，构成单轴磁场梯度传感器探头系统(图4)。三个相互正交配置的单轴磁场梯度传感器探头系统构成三分量磁场梯度传感器的探头系统。

3.根据权利要求2，设计了非晶丝探头正交阵列的骨架，实施方案如下：将三根足够长的准直细铜管分别垂直穿过无磁、刚性支座立方体的三对严格正交的基准面，依靠支座立方体和细铜管的精密加工和精心装配，保证三根细铜管的中心线相互垂直，构成正交度误差小于0.1°的非晶丝探头正交阵列立方坐标系骨架的X，Y和Z轴。

4.根据权利要求2，将六个非晶丝探头按要求安装在作为非晶丝探头正交阵列骨架的正交坐标系X，Y和Z轴的细铜管内，构建成非晶丝探头正交阵列。由于所述的非晶丝探头是在单根非晶丝上直接绕制线圈制成的，非晶丝的轴线方向就是传感器所探测磁场的方向。经挍直和加工的准直细铜管，应保证在L+S(S为非晶丝探头的长度)长度上其内径中心线和外径中心线的角偏差小于0.1°。精确设计和加工将非晶丝探头接入相关电路的电路板，可将两个非晶丝探头的轴线精确地调整到细铜管的中心线上。由此制成的磁场梯度传感器可精确地确定异常磁场源的方向，其精准度是其它类型磁场梯度传感器无法比拟的。

5.根据权利要求4，采用准直细铜管作为非晶丝探头正交阵列的X，Y和Z轴的另一个优点是：在细铜管内两个非晶丝探头可在细铜管的轴线上平移，两探头之间的距离也可灵活调节。因此，可根据目标磁场的大小和距离传感器的远近，选择不同的磁场梯度基准线长度L，如300，500，750，1000毫米，进行磁场梯度的测量。

6.根据权利要求1.采用一个正、负双电源电路和一个非晶丝激励电流电路向非晶丝探头正交阵列并联的三组探头系统提供直流偏置I_dc和双极性方波激励电流I_ac，采用三个低噪声、高信噪比信号处理电路，分别处理从非晶丝探头正交阵列的三组单轴磁场梯度传感器探头系统的反串采样线圈中采集的信息，输出各自表征磁场变化的电压模拟量ΔVx，ΔVy和ΔVz(图2)。若磁场梯度测量基准线长度为L，则磁性目标或磁异常源在X，Y和Z轴上产生的磁场梯度分量的电压模拟量为ΔVx/L，ΔVy/L和ΔVz/L。由此，磁场梯度总量的电压模拟量为ΔV/L＝[(ΔVx/L)²+(ΔVy/L)²+(ΔVz/L)²]^1/2，磁场梯度矢量的方向，即磁性目标或异常磁场源相对于磁场梯度传感器X，Y和Z坐标系的方向，可以分别用磁场梯度矢量与X，Y和Z轴之间的夹角α，β和γ来确定：α＝arctg[(ΔVy)²+(ΔVz)²]^1/2/ΔVx]，β＝arctg[(ΔVx)²+(ΔVz)²]^1/2/ΔVy]和γ＝arctg[(ΔVy)²+(ΔVx)²]^1/2/ΔVz]。由于本发明采用了相关专利“一个高分辨率非晶丝正交磁通门磁场传感器及其制造技术”使用的低噪声电路技术，因此，本发明也具有低噪声和高分辨率的特征。