[实用新型]一种辅助旋转张量仪所测磁场重新定位的结构

说明书

本实用新型实施例公开了一种辅助旋转张量仪所测磁场重新定位的结构，包括单片机、旋转张量仪和惯性测量器件，所述旋转张量仪和惯性测量器件的连接处钻孔固定，所述单片机与旋转张量仪内的编码器和电机分别连接；本实用新型实施例采用闭环方式对电机进行控制，有效的避免了电机的失步问题和提高了电机旋转控制的准确度。张量仪的对准采用在两者连接处通过钻孔直接固定的方式，保证了两者每次都能准确对准，也保证了在测量过程中，两者的相对位置不会发生位移。

技术领域

本实用新型涉及磁场测量装置技术领域，具体涉及一种辅助旋转张量仪所测磁场重新定位的结构。

背景技术

2009年,旋转法测量磁梯度张量原理由澳大利亚的David Tilbrook提出，旋转调制法是利用旋转将磁场的不同阶导数分离，从而获得一阶张量的分量。该方法使得仪器的直流和低频性能不受传感器的性能影响，梯度不平衡也不再由工程精度决定，提高了仪器的灵敏度。该方法使用差分结构,如图1所示，

定义圆盘中心的磁场为B_α(0)，点r处的磁场B_α(r)可以表示为

其中α代表x，y，z。并且

由于高阶张量随距离的衰减速度更快，所以我们忽略三阶及以上的张量分量,上式可以表示为

即两点处的磁场分量可以表示为

则该系统的输出电压可以表示为

V＝[S₁·B(r₁)+S₂·B(r₂)]+e (4)

其中，S₁，S₂是磁通门传感器的磁灵敏度矢量,可以表示为S₁＝S₁(cosθ，sinθ)，S₂＝-S₂(cosθ，sinθ)，B_α(r₁)和B_α(r₂)是两个磁通门所处位置的磁场。

旋转时，输出电压是任意磁场的时间函数。通过结合三角函数，展开和合并各次谐波，可以将输出电压表示为

其中V_ne和V_no代表电压n次谐波的实部和虚部。

可以得到张量分量与电压各次谐波之间的关系式

其中

二阶张量表示如下

由于二阶张量只有五个独立的分量。由(6)可以得出，一个平面可以得到两个关于二阶张量的方程，故要得到完整的二阶张量，需要三个平面上的五个方程。但是由于矿井形状的限制，对相互垂直的三个平面做如图2所示的处理，即2015年，澳大利亚CSIRO的KeithLeslie等人根据旋转法原理开发出了第一个可以应用于井下的磁梯度全张量仪。

沿X'方向的一对传感器的绕Z轴旋转，旋转角度是35°。这一对传感器的不同信号提供了X'Y'平面上的磁场分量的测量。确定了单个X'Y'平面上的磁梯度，张量仪绕Z轴分别旋转0°、120°和240°，得到三组X'Y'平面，即三组磁梯度，就能确定整个梯度张量。

该仪器使用两个步进电机来实现。一个电机通过铝板支架实现旋转头部分圆盘的绕Z轴旋转，一个电机通过传送带带动旋转头绕Z’轴旋转。