多轴无人飞行器三维磁场抗扰度环境模拟系统的制作方法

本发明创造属于磁场环境模拟技术领域，具体涉及一种高性能地磁场模拟装置设计。

背景技术：

在多轴无人飞行器磁场抗扰度环境实验中，被测试的设备是多轴无人飞行器。多轴无人飞行器在实验时，只能悬停于一个位置，上下转动角度是不可能的，但是磁场抗扰度实验需要测试多轴无人飞行器对各个角度磁场的敏感的进行测试。磁场的产生一般由通电的线圈产生。

在实验时，要么改变无人机的角度，要么改变磁场产生线圈的角度。改变无人机的角度，特别是是上下角度几乎是不可能的，因为这样的角度无人机可能会坠毁。而由于线圈的尺寸很大，改变线圈的三轴角度也是很困难的，需要大型的多轴旋转平台。

技术实现要素：

发明创造目的是提出一种能够自由改变磁场角度和强度的三维磁场环境模拟系统。

技术方案是多轴无人飞行器三维磁场抗扰度环境模拟系统，所述模拟系统由三个独立的可控激励源，三个独立的激励线圈和控制器构成；其中每个可控激励源与一个激励线圈连接，控制器与每个可控激励源连接；三个独立的激励线圈在空间上呈相互垂直布置，在相互垂直的方向上产生三个相互独立的磁场，这三个相互垂直相互独立的磁场合成后用于模拟任意方向和大小的磁场。任意一个激励线圈通上电流后产生一个与激励线圈所在平面方向垂直的磁场，磁场的大小正比于电流的大小。

控制器通过控制一个可控激励源的大小和相位或者极性或者波形，在该可控激励源所连接的线圈所处平面的垂直方向产生一个磁场，该磁场的大小正比于可控激励源的电压或者电流。控制器同时控制三个激励源的大小和相位或者极性或者波形。

激励源为直流的，用于多轴无人飞行器静态磁场抗扰度环境实验；或激励源是工频的，用于多轴无人飞行器工频磁场抗扰度环境实验；或激励源是阻尼震荡波，用于多轴无人飞行器阻尼震荡波磁场抗扰度环境实验；或激励源是浪涌波形，用于多轴无人飞行器浪涌磁场抗扰度环境实验。

所述激励线圈的形状为对称形状，包括正方形或者圆形；激励线圈的大小和线圈的匝数依照实验要求的被试验大小和磁场强度确定。激励线圈是由2个平行间隔放置的相同绕组串联而成的一个亥姆霍兹线圈，以保证在实验空间内的磁场均匀性。所述激励线圈为正方形时，所述两个绕组的间距为正方形激励线圈边长的0.5445倍，所述激励线圈为圆形时，所述两个绕组的间距为圆形激励线圈的半径；所述两个绕组的串联方式为第一个绕组的同名端接第二个绕组的异名端。

所述控制器由计算机+软件系统构成，或是专门的控制器。在三个相互垂直激励线圈的中心位置安装有一个三轴磁场传感器，用于测量磁场的大小，并输出给控制器，用于磁场的反馈，得到更高精度的磁场。

本发明创造的有益效果在于不需要旋转受测试设备，也不需要旋转磁场产生的线圈，只需要控制线圈电流大小和方向就可以自由改变磁场角度和强度的三维磁场。

附图说明

图1是系统连接示意图。

图2是系统激励线圈安装示意图。

具体实施方式

系统原理说明如下

任意一个磁场总能分解为x,y,z三个方向的，如果能够单独模拟三个方向的磁场强度则合成后就可以模拟任意的磁场。任意一个激励线圈，只要通上电流就会产生一个与激励线圈所在平面方向垂直的磁场，磁场的大小正比于电流的大小。三个独立的激励线圈在空间上呈相互垂直，且三个激励源大小和相位相互独立，这样就可以在相互垂直的方向上产生三个相互独立的磁场。而三个相互垂直相互独立的磁场合成后就可以模拟任意方向和大小的磁场。

如图1所示，控制器通过控制一个激励源的大小和相位或者极性或者波形，就能在该激励源所连接的激励线圈所处平面的垂直方向产生一个磁场，该磁场的大小正比于激励源的电压或者电流。控制器同时控制三个激励源的大小和相位或者极性或者波形。

激励源可以为直流的，用于多轴无人飞行器静态磁场抗扰度环境实验。激励源可以是工频的，用于多轴无人飞行器工频磁场抗扰度环境实验。激励源也可以是阻尼震荡波，波形参考iec标准组织公布的相关标准，用于多轴无人飞行器阻尼震荡波磁场抗扰度环境实验。激励源还可以是浪涌波形，波形参考iec标准组织公布的相关标准，用于多轴无人飞行器浪涌磁场抗扰度环境实验。

系统中的激励线圈的形状可以是各种对称形状，如正方形或者圆形。激励线圈的大小和线圈的匝数依照实验要求的被试验大小和磁场强度来确定。系统中的激励线圈一般由2个平行放置的间隔一定距离的相同绕组串联构成一个亥姆霍兹线圈以保证在实验空间内的磁场均匀性。正方形激励线圈如图2所示。

系统中的控制器可以是计算机+软件系统构成，也可以是专门的控制器，只要完成本专利中所要求的能够控制激励源的大小，相位和波形就可以。

另外还可以在三个相互垂直线圈的中心位置安装一个三轴磁场传感器，用于测量磁场的大小，其输出给控制器，用于磁场的反馈，可以得到更高精度的磁场。

实施例1

控制器采用pc个人计算机+软件构成。pc个人计算机通过串口通信与三个可控激励源连接。可控激励源为专门定制的单相交流激励源，其输出频率20～65hz,输出最大电流20a，输出为恒流输出。3个单相交流激励源通过一个线缆实现各个激励源之间的相位同步。软件可以控制每个激励源输出的电流大小和相位。三个线圈为正方形，尺寸为3m*3m。

技术特征：

1.多轴无人飞行器三维磁场抗扰度环境模拟系统，其特征在于，所述模拟系统由三个独立的可控激励源，三个独立的激励线圈和控制器构成；其中每个可控激励源与一个激励线圈连接，控制器与每个可控激励源连接；三个独立的激励线圈在空间上呈相互垂直布置，在相互垂直的方向上产生三个相互独立的磁场，这三个相互垂直相互独立的磁场合成后用于模拟任意方向和大小的磁场。

2.如权利要求1所述的多轴无人飞行器三维磁场抗扰度环境模拟系统，其特征在于，任意一个激励线圈通上电流后产生一个与激励线圈所在平面方向垂直的磁场，磁场的大小正比于电流的大小。

3.如权利要求1所述的多轴无人飞行器三维磁场抗扰度环境模拟系统，其特征在于，控制器通过控制一个可控激励源的大小和相位或者极性或者波形，在该可控激励源所连接的线圈所处平面的垂直方向产生一个磁场，该磁场的大小正比于可控激励源的电压或者电流。

4.如权利要求1所述的多轴无人飞行器三维磁场抗扰度环境模拟系统，其特征在于，控制器同时控制三个激励源的大小和相位或者极性或者波形。

5.如权利要求1所述的多轴无人飞行器三维磁场抗扰度环境模拟系统，其特征在于，激励源为直流的，用于多轴无人飞行器静态磁场抗扰度环境实验；或激励源是工频的，用于多轴无人飞行器工频磁场抗扰度环境实验；或激励源是阻尼震荡波，用于多轴无人飞行器阻尼震荡波磁场抗扰度环境实验；或激励源是浪涌波形，用于多轴无人飞行器浪涌磁场抗扰度环境实验。

6.如权利要求1所述的多轴无人飞行器三维磁场抗扰度环境模拟系统，其特征在于，所述激励线圈的形状为对称形状，包括正方形或者圆形；激励线圈的大小和线圈的匝数依照实验要求的被试验大小和磁场强度确定。

7.如权利要求6所述的多轴无人飞行器三维磁场抗扰度环境模拟系统，其特征在于，所述激励线圈是由2个平行间隔放置的相同绕组串联而成的一个亥姆霍兹线圈，以保证在实验空间内的磁场均匀性。

8.如权利要求7所述的多轴无人飞行器三维磁场抗扰度环境模拟系统，其特征在于，所述激励线圈为正方形时，所述两个绕组的间距为正方形激励线圈边长的0.5445倍，所述激励线圈为圆形时，所述两个绕组的间距为圆形激励线圈的半径；所述两个绕组的串联方式为第一个绕组的同名端接第二个绕组的异名端。

9.如权利要求1所述的多轴无人飞行器三维磁场抗扰度环境模拟系统，其特征在于，所述控制器由计算机+软件系统构成，或是专门的控制器。

10.如权利要求1所述的多轴无人飞行器三维磁场抗扰度环境模拟系统，其特征在于，在三个相互垂直激励线圈的中心位置安装一个三轴磁场传感器，用于测量磁场的大小，并输出给控制器，用于磁场的反馈，得到更高精度的磁场。

技术总结
本发明涉及多轴无人飞行器三维磁场抗扰度环境模拟系统，其特征在于，所述模拟系统由三个独立的可控激励源，三个独立的激励线圈和控制器构成；其中每个可控激励源与一个激励线圈连接，控制器与每个可控激励源连接；三个独立的激励线圈在空间上呈相互垂直布置，在相互垂直的方向上产生三个相互独立的磁场，这三个相互垂直相互独立的磁场合成后用于模拟任意方向和大小的磁场。本发明的有益效果在于不需要旋转EUT，也不需要旋转磁场产生的线圈，只需要控制线圈电流大小和方向就可以自由改变磁场角度和强度的三维磁场。

技术研发人员：吴强;王铁钢;谷全祥;朱超磊;邢晨光
受保护的技术使用者：航空工业信息中心
技术研发日：2019.12.24
技术公布日：2020.05.08