一种模拟地磁急变的装置及方法与流程

技术特征：

1.一种模拟地磁急变的装置，其特征在于，该装置包括：

上位机，用于设置发射磁场或电流参数指令；

主控模块，接收所述上位机的参数指令，并根据指令传送控制信号；

第一可控信号模块、第二可控信号模块以及第三可控信号模块，分别接收所述主控模块的控制信号，产生直流信号或直流信号和交流信号，并将直流信号和交流信号叠加，分别产生Xsignal信号、Ysignal信号以及Zsignal信号；

第一驱动模块、第二驱动模块以及第三驱动模块，分别接收所述第一可控信号模块的Xsignal信号、第二可控信号模块的Ysignal信号以及第三可控信号模块的Zsignal信号，并将信号进行放大输出驱动信号；

Helmholtz线圈X、Helmholtz线圈Y以及Helmholtz线圈Z，分别经由第一驱动模块、第二驱动模块以及第三驱动模块驱动产生磁场；

三分量磁传感模块，采集所述Helmholtz线圈X、Helmholtz线圈Y以及Helmholtz线圈Z的磁场强度的变化传递至所述主控模块，通过所述主控模块传递至所述上位机以及通过所述主控模块调节当前磁场强度与设定磁场强度之间的稳态误差；

所述主控模块还用于根据上位机设定的电流参数，计算所述电流参数对应的直流信号或叠加的直流信号和交流信号；

所述主控模块还用于根据的上位机设定的发射磁场参数计算所需要的直流信号或叠加的直流信号和交流信号；

所述主控模块还用于根据三分量磁传感模块反馈的实际磁场强度与设定磁场强度之间的稳态误差，调整输出的直流信号；以及，

所述主控模块还用于根据三分量磁传感模块反馈的实际磁场强度与设定磁场强度之间的稳态误差，使得线圈产生设定的磁场强度，记录此时的直流信号的大小，与设定磁场强度的直流信号进行对比，确定磁场强度与电流信号之间的电流补偿。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一可控信号模块、第二可控信号模块以及第三可控信号模块结构相同均包括信号产生单元以及信号合成单元，所述信号产生单元在主控模块的控制产生直流信号和交流信号，由信号合成单元将交流信号和直流信号叠加。

3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主控模块包括PID控制单元、数据处理单元、数据采集单元、以及通讯单元，所述三分量磁传感模块检测到线圈中磁感应强度的变化，将其转变为电信号，经数据采集单元采集所述电信号，并转变为数字信号传送到数据处理单元，对数字信号进行数据处理，一路传送到与通讯单元并通过所述通讯单元传给上位机存储并显示；另一路接到PID控制单元作为反馈输入，调节当前磁场强度与设定磁场强度之间的稳态误差，使系统闭环控制。

4.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主控模块还用于对采集的Helmholtz线圈X、Helmholtz线圈Y以及Helmholtz线圈Z的磁场强度数据进行磁场强度和电流强度线性拟合。

5.一种模拟地磁急变的方法，其特征在于，该方法包括：

步骤1，上位机发出设定电流参数指令给主控模块，只产生直流信号，分别驱动以及对X轴Helmholtz线圈X、Y轴Helmholtz线圈Y以及Z轴Helmholtz线圈Z建立的磁场进行磁场强度与输入的直流信号的电流强度线性拟合；

步骤2，对三轴输入的直流信号叠加，得到磁场强度与电流强度的线性拟合用y＝Ax+d表示，其中y为磁场强度，x为电流强度，重复步骤1和2确认线性拟合系数矩阵A和d；

步骤3、分别对三轴根据设定的磁场强度经由主控模块根据步骤2的线性拟关系产生设定磁场强度的直流信号，经由线圈后产生相应轴的磁场强度大小，通过三分量磁传感模块测量传递至主控模块经由所述主控模块的PID控制单元减小当前磁场强度与设定磁场强度的稳态误差，使得线圈产生设定的磁场强度，记录此时的直流信号的大小，与设定磁场强度的直流信号进行对比，确定磁场强度与电流信号之间的电流补偿，修改磁场强度与电流强度的线性拟合为：y＝Ax+d+Δd，其中Δd为电流补偿；

步骤4、根据天文磁台站提供的当地地磁场强度，确定其X分量磁场、Y分量磁场、Z分量磁场，根据步骤3确定各轴向所产生对应磁场分量所需的直流激励大小，并模拟当地地磁场环境；

步骤5、将各轴向确定的步骤4直流激励与交流信号叠加分别驱动Helmholtz线圈X、Helmholtz线圈Y以及Helmholtz线圈Z产生地磁急变磁场环境。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：上位机发出设定电流参数指令给主控模块，主控模块经数据处理后使相应的可控信号模块只产生直流信号，驱动相连的Helmholtz线圈组工作，三分量磁传感模块测量三轴磁场强度，转变为电信号发送给主控模块，主控模块的数据处理单元对Helmholtz线圈组采集的磁场强度数据进行磁场强度和电流强度线性拟合。

7.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤3中PID控制单元减小当前磁场强度与设定磁场强度的稳态误差包括：若当前磁场强度大于设定磁场强度，减小当前直流激励，反之，则增大当前直流激励，使Helmholtz线圈组产生设定的磁场强度。

8.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤4包括：通过上位机下达设定磁场参数指令给主控模块，主控模块经数据处理后，产生指令给第一可控信号模块、第二可控信号模块、第三可控信号模块产生直流激励，分别经驱动功率放大后驱动Helmholtz线圈组X、Helmholtz线圈组Y、Helmholtz线圈组Z，三分量磁传感模块测量所产生的磁场强度，将其转变为电信号传送给主控模块，主控模块经PID控制单元减小稳态误差后，在线圈结构中心位置产生精准的稳恒磁场。

9.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤5中，Helmholtz线圈X的地磁急变信号为Xsignal＝x1+fx(t)，其中fx(t)通过下式表示：

式中，A为交流信号的幅度值，t为交流信号的工作时间，T为交流信号的周期；

为符号函数。

Helmholtz线圈Y的地磁急变信号为Ysignal＝x2+fy(t)以及Helmholtz线圈Z的地磁急变信号为Zsignal＝x3+fz(t)。