一种恒定磁矩装置驱动电流源的制作方法

本发明属于磁计量，尤其涉及一种恒定磁矩装置驱动电流源。

背景技术：

1、大量值恒定磁矩装置在舰船磁场测量、卫星姿态调整、磁学计量方面有着重要的应用，然而，现有技术中产生恒定磁矩装置一般采用空心磁矩线圈、永磁铁、电磁铁等，但永磁铁属于无源设备，只能产生单一量值；空心磁矩线圈具有线性度好，准确度高，可以产生连续的磁矩，适用于小磁矩量值的复现，但是对于大量程的磁矩产生，空心磁矩线圈重量和体积大、驱动电流高，使用不方便；永磁铁产生磁矩稳定度高，用于磁矩标准样品或者无源的应用环境下，缺点是只产生单一量值的磁矩；电磁铁恒定磁矩装置重量轻、功耗低，由于磁芯磁化曲线的非线性，其量值无法准确计算。

2、现有技术对于大磁矩量值磁矩产生，采用在高饱和磁场软磁材料上，绕制磁化线圈，通过磁场线圈磁化产生磁场，由于软磁材料磁化曲线的非线性，磁矩线圈产生的磁矩是非线性的，只能应用于准确度不高的领域。

技术实现思路

1、为解决电流源驱动电磁铁恒定磁矩装置准确度低的问题，本发明提供一种恒定磁矩装置驱动电流源，霍尔传感器模块的输出电压信号被稳定在作为基准的第一电压信号上，能够提高恒定磁矩装置输出的磁矩的准确度和稳定度，降低恒定磁矩装置的重量。

2、一种恒定磁矩装置驱动电流源，包括两个霍尔传感器模块、恒定磁矩装置、磁矩设置模块、功率放大器模块、差分电路模块、dac模块，其中，恒定磁矩装置包括软磁材料磁芯、磁化线圈、固定法兰；

3、固定法兰安装在软磁材料磁芯的两端，并用于固定套接于软磁材料磁芯外部的磁化线圈；两个霍尔传感器模块分别贴在软磁材料磁芯两端的表面，并用于测量软磁材料磁芯当前产生的磁场感应强度，还通过磁感应强度来计算软磁材料磁芯产生的磁矩，并将磁矩转换为第一电压信号；同时，磁化线圈中的驱动电流不同，软磁材料磁芯输出的磁矩不同；

4、所述磁矩设置模块用于设置恒定磁矩装置输出的期望磁矩，dac模块用于把期望磁矩转换为第二电压信号；第一电压信号和第二电压信号通过差分电路模块进行差分后，将得到的差分信号传输给功率放大模块进行功率放大，功率放大后的差分信号转换为驱动电流后激励磁化线圈，进而磁化软磁材料磁芯产生磁矩。

5、进一步地，软磁材料磁芯输出的磁矩m为：

6、m＝kmb

7、其中，b表示软磁材料磁芯内部的磁感应强度，为两个霍尔传感器模块测量得到的磁场感应强度的均值，km表示恒定磁矩装置的磁矩因子，与磁化线圈中的驱动电流呈正相关的线性关系；

8、恒定磁矩装置输出期望磁矩的方法为：

9、采用霍尔传感器测量软磁材料磁芯当前产生的磁场感应强度，在当前的磁场感应强度的基础上，根据所需磁矩的大小选择不同磁矩因子km，再根据所选取的磁矩因子km确定磁化线圈中驱动电流的大小，恒定磁矩装置在当前驱动电流的驱动下，得到所需磁矩；

10、由所需磁矩转换成的第一电压信号和第二电压信号通过差分电路模块进行差分后，将得到的差分信号传输给功率放大模块进行功率放大，功率放大后的差分信号转换为驱动电流后激励磁化线圈，进而磁化软磁材料磁芯产生恒定的期望磁矩。

11、进一步地，恒定磁矩装置的磁矩因子km的确定方法为：

12、确定恒定磁矩装置输出最大磁矩时软磁材料磁芯所需磁化强度h：

13、

14、其中，br表示软磁材料磁芯的饱和磁感应强度，χb表示软磁材料磁芯的磁化率，μ0表示真空磁导率；

15、根据所需磁化强度h反推出磁化线圈的绕线长度与安匝数所要满足的比例关系：

16、

17、其中，c表示磁化线圈的绕线长度相对于无限长的比例，l0表示磁化线圈的绕线长度，iw表示磁化线圈的安匝数，i表示磁化线圈中的驱动电流，w表示磁化线圈的匝数；

18、按照绕线长度与安匝数所要满足的比例关系制作标准磁化线圈，然后基于该标准磁化线圈搭建恒定磁矩装置，改变通入其中的磁化线圈的驱动电流，通过测量恒定磁矩装置在不同驱动电流下产生的磁矩，得到磁矩与驱动电流之间的映射关系，并将该映射关系记为磁矩因子km。

19、进一步地，磁化线圈采用螺线管形式线圈。

20、进一步地，所述软磁材料磁芯为长径比为8～10的圆柱体。

21、有益效果：

22、1、本发明提供一种恒定磁矩装置驱动电流源，采用磁矩设置模块提供的期望磁矩作为基准，再采用霍尔传感器模块测量的磁矩与基准进行差分，通过差分反馈的方式比较dac模块和霍尔传感器模块输出的电压信号，再由功率放大模块对差分信号进行放大，驱动恒定磁矩装置，以此对恒定磁矩装置的磁矩量值变化进行补偿；由于恒定磁矩装置输出的磁矩量值的变化会引起霍尔传感器量值变化，差分电路模块会把电压变化量输出到恒定磁矩装置上，从而使磁矩量值稳定在设定的期望磁矩量值上，实现恒定磁矩装置磁矩输出的稳定，解决因为磁芯磁化曲线非线性和温度升高带来的磁矩量值变化，可以连续线性输出磁矩，且磁矩输出准确度和稳定性相比原来的工作方式，稳定度和准确度可以提高二个数量级以上。

23、2、本发明提供一种恒定磁矩装置驱动电流源，基于软磁材料磁芯输出的磁矩与软磁材料磁芯的磁感应强度之间满足的映射关系获取磁矩因子km，再根据所需恒定磁矩的大小选择不同磁矩因子km，最后根据所选取的磁矩因子km确定磁化线圈中驱动电流的大小，能够获得高准确度、高稳定度的磁矩指定值。

24、3、本发明提供一种恒定磁矩装置驱动电流源，根据不同材料的性能，设计磁场线圈参数，相对于现有技术采用高饱和磁感应强度的坡莫合金材料产生大量程磁矩的，本发明可以提高软磁材料磁矩输出比，提高合金的利用率，降低恒定磁矩装置的重量。

25、4、本发明提供一种恒定磁矩装置驱动电流源，磁芯采用高饱和磁感应强度软磁材料制成，磁芯长径比8～10，此长径比的磁芯退磁因子较小，可以有效利用磁矩材料，提高磁矩输出比，又可以避免磁芯太长不方便使用。

技术特征：

1.一种恒定磁矩装置驱动电流源，其特征在于，包括两个霍尔传感器模块、恒定磁矩装置、磁矩设置模块、功率放大器模块、差分电路模块、dac模块，其中，恒定磁矩装置包括软磁材料磁芯、磁化线圈、固定法兰；

2.如权利要求1所述的一种恒定磁矩装置驱动电流源，其特征在于，软磁材料磁芯输出的磁矩m为：

3.如权利要求2所述的一种恒定磁矩装置驱动电流源，其特征在于，恒定磁矩装置的磁矩因子km的确定方法为：

4.如权利要求1～3任意权利要求所述的一种恒定磁矩装置驱动电流源，其特征在于，磁化线圈采用螺线管形式线圈。

5.如权利要求1～3任意权利要求所述的一种恒定磁矩装置驱动电流源，其特征在于，所述软磁材料磁芯为长径比为8～10的圆柱体。

技术总结
本发明提供一种恒定磁矩装置驱动电流源，采用磁矩设置模块提供的期望磁矩作为基准，再采用霍尔传感器模块测量的磁矩与基准进行差分，通过差分反馈的方式比较DAC模块和霍尔传感器模块输出的电压信号，再由功率放大模块对差分信号进行放大，驱动恒定磁矩装置，以此对恒定磁矩装置的磁矩量值变化进行补偿；由此可见，本发明可以使磁矩量值稳定在设定的期望磁矩量值上，实现恒定磁矩装置磁矩输出的稳定，解决因为磁芯磁化曲线非线性和温度升高带来的磁矩量值变化，可以连续线性输出磁矩，且磁矩输出准确度和稳定性相比原来的工作方式，稳定度和准确度可以提高二个数量级以上。

技术研发人员：韩晓东,周鹰,陈晨,何登,官业欣
受保护的技术使用者：宜昌测试技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13