[发明专利]一种用于极弱剩磁材料的测量装置及测量方法有效
| 申请号： | 202110033602.7 | 申请日： | 2021-01-11 |
| 公开（公告）号： | CN112881953B | 公开（公告）日： | 2023-04-28 |
| 发明（设计）人： | 周斌;程炳钧;陶然 | 申请（专利权）人： | 中国科学院国家空间科学中心 |
| 主分类号： | G01R33/12 | 分类号： | G01R33/12 |
| 代理公司： | 北京方安思达知识产权代理有限公司 11472 | 代理人： | 陈琳琳;李彪 |
| 地址： | 100190 *** | 国省代码： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 一种 用于 剩磁 材料 测量 装置 测量方法 | ||
1.一种用于极弱剩磁材料的测量装置，其特征在于，该测量装置包括：矢量磁场传感器(1)、无磁转台(4)和磁补偿装置(2)；
矢量磁场传感器(1)与无磁转台(4)位于同一水平面上，相对固定设置在磁补偿装置(2)内；待测目标(3)布设在无磁转台(4)上，矢量磁场传感器(1)与信号处理器(7)通信连接；
所述测量装置还包括：电机(5)和传动构件(6)；无磁转台(4)与电机(5)通过传动构件(6)传动连接；
所述测量装置的测量方法包括：
定义待测目标的X轴向、Y轴向和Z轴向，并规定其正方向为垂直无磁转台(4)的旋转面向上的方向；
启动电机(5)转动，通过传动构件(6)带动布设在无磁转台(4)上的待测目标(3)在交流频段分别进行X轴向、Y轴向和Z轴向的正方向旋转；
利用矢量磁场传感器(1)分别测量待测目标沿着X轴向的正方向、绕X轴旋转时，在YZ轴组成的平面上的剩磁产生的磁场交流信号、沿着Y轴向的正方向、绕Y轴旋转时，在XZ轴组成的平面上的剩磁产生的磁场交流信号、沿着Z轴向的正方向、绕Z轴旋转时，在XY轴组成的平面上的剩磁产生的磁场交流信号，并分别将其输入至信号处理器(7)；
所述信号处理器(7)对接收的磁场交流信号进行处理，分别得到X轴向磁场、Y轴向磁场和Z轴向磁场；并根据偶极子的球谐函数模型，计算得到待测目标的极弱剩磁的总剩磁，再根据X轴向磁场、Y轴向磁场、Z轴向磁场和总剩磁反演得到待测目标的极弱剩磁在X轴向、Y轴向和Z轴向上的偶极子三分量；其具体过程为：
利用矢量磁场传感器(1)测量待测目标沿着X轴向的正方向、绕X轴旋转时，在YZ轴组成的平面上的剩磁产生的磁场交流信号，将其输入至信号处理器(7)，信号处理器(7)对所接收的磁场交流信号进行处理，得到X轴向磁场Bxy；
利用矢量磁场传感器(1)测量待测目标沿着Y轴向的正方向、绕Y轴旋转时，在XZ轴组成的平面上的剩磁产生的磁场交流信号，将其输入至信号处理器(7)，信号处理器(7)对所接收的磁场交流信号进行处理，得到Y轴向磁场Byz；
利用矢量磁场传感器(1)测量待测目标沿着Z轴向的正方向、绕Z轴旋转时，在XY轴组成的平面上的剩磁产生的磁场交流信号，将其输入至信号处理器(7)，信号处理器(7)对所接收的磁场交流信号进行处理，得到Z轴向磁场Bzx；
根据偶极子的球谐函数模型，利用得到的X轴向磁场Bxy、Y轴向磁场Byz和Z轴向磁场Bzx，计算待测目标(3)在旋转平面上的X轴向、Y轴向和Z轴向上的偶极子剩磁投影Axy、Ayz、Azx：
其中，L为待测目标(3)到矢量磁场传感器(1)的距离；
根据计算得到的待测目标在旋转平面上的X轴向、Y轴向和Z轴向上的偶极子剩磁投影的大小Axy、Ayz、Azx：根据下式计算待测目标的极弱剩磁的总剩磁Axyz：
根据Axy、Ayz、Azx和Axyz反演得到待测目标的极弱剩磁在X轴向、Y轴向和Z轴向上的偶极子三分量Ax、Ay、Az：
2.根据权利要求1所述的用于极弱剩磁材料的测量装置，其特征在于，所述磁补偿装置(2)为磁场屏蔽筒或者地磁补偿线圈。
3.根据权利要求1所述的用于极弱剩磁材料的测量装置，其特征在于，所述传动构件(6)为传送皮带或橡胶履带。
4.根据权利要求1所述的用于极弱剩磁材料的测量装置，其特征在于，所述矢量磁场传感器(1)与无磁转台(4)之间的相对距离为1-20cm。
5.根据权利要求1所述的用于极弱剩磁材料的测量装置，其特征在于，所述无磁转台(4)的旋转频率控制在5-30Hz。
6.一种用于极弱剩磁材料的测量方法，该方法基于上述权利要求1-5中任一所述的用于极弱剩磁材料的测量装置实现，该方法包括：
定义待测目标的X轴向、Y轴向和Z轴向，并规定其正方向为垂直无磁转台(4)的旋转面向上的方向；
启动电机(5)转动，通过传动构件(6)带动布设在无磁转台(4)上的待测目标(3)在交流频段分别进行X轴向、Y轴向和Z轴向的正方向旋转；
利用矢量磁场传感器(1)分别测量待测目标沿着X轴向的正方向、绕X轴旋转时，在YZ轴组成的平面上的剩磁产生的磁场交流信号、沿着Y轴向的正方向、绕Y轴旋转时，在XZ轴组成的平面上的剩磁产生的磁场交流信号、沿着Z轴向的正方向、绕Z轴旋转时，在XY轴组成的平面上的剩磁产生的磁场交流信号，并分别将其输入至信号处理器(7)；
所述信号处理器(7)对接收的磁场交流信号进行处理，分别得到X轴向磁场、Y轴向磁场和Z轴向磁场；并根据偶极子的球谐函数模型，计算得到待测目标的极弱剩磁的总剩磁，再根据X轴向磁场、Y轴向磁场、Z轴向磁场和总剩磁反演得到待测目标的极弱剩磁在X轴向、Y轴向和Z轴向上的偶极子三分量；其具体过程为：
利用矢量磁场传感器(1)测量待测目标沿着X轴向的正方向、绕X轴旋转时，在YZ轴组成的平面上的剩磁产生的磁场交流信号，将其输入至信号处理器(7)，信号处理器(7)对所接收的磁场交流信号进行处理，得到X轴向磁场Bxy；
利用矢量磁场传感器(1)测量待测目标沿着Y轴向的正方向、绕Y轴旋转时，在XZ轴组成的平面上的剩磁产生的磁场交流信号，将其输入至信号处理器(7)，信号处理器(7)对所接收的磁场交流信号进行处理，得到Y轴向磁场Byz；
利用矢量磁场传感器(1)测量待测目标沿着Z轴向的正方向、绕Z轴旋转时，在XY轴组成的平面上的剩磁产生的磁场交流信号，将其输入至信号处理器(7)，信号处理器(7)对所接收的磁场交流信号进行处理，得到Z轴向磁场Bzx；
根据偶极子的球谐函数模型，利用得到的X轴向磁场Bxy、Y轴向磁场Byz和Z轴向磁场Bzx，计算待测目标(3)在旋转平面上的X轴向、Y轴向和Z轴向上的偶极子剩磁投影Axy、Ayz、Azx：
其中，L为待测目标(3)到矢量磁场传感器(1)的距离；
根据计算得到的待测目标在旋转平面上的X轴向、Y轴向和Z轴向上的偶极子剩磁投影的大小Axy、Ayz、Azx：根据下式计算待测目标的极弱剩磁的总剩磁Axyz：
根据Axy、Ayz、Azx和Axyz反演得到待测目标的极弱剩磁在X轴向、Y轴向和Z轴向上的偶极子三分量Ax、Ay、Az：
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