一种基于桥式电路强磁场测量装置、测量方法与流程

本发明涉及计量测试仪表领域，更具体地，涉及一种基于桥式电路强磁场测量装置、测试方法。

背景技术：

1、强磁场一般指的是磁感应强度超过2t的磁场，目前世界范围内最高的稳态强磁场已经达到45t。超高磁场应用研究对极端条件科学设施、生物医学工程、国防特种装备、高精度的科学仪器以及农业应用都具有重要的意义。针对强磁场测量，主要有三类测量方法：核磁共振法、霍尔效应法、电磁感应法。其中，核磁共振法是测量精度最高的，但其需要的磁场均匀度很高，且高场下无法测量，结构复杂。霍尔效应法和电磁感应法均可用于高场下测量，无特殊要求，结构简单。霍尔效应法广泛应用于超高磁场的测量，但测量非线性，需要进行修正。电磁感应法工作原理基于法拉第电磁感应定律，可同时测量恒定磁场和交变磁场，精度远高于基于霍尔效应法的磁场测量装置，且测量线性度高。然而如果使用传统的感应线圈法，存在线圈面积标定准确度不高的问题，从而引起测量精度等指标的下降。

2、因此，期待一种新的强磁场测量装置及方法，能够解决传统感应线圈法中线圈面积因子标定准确度不高的问题。

3、公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出一种基于桥式电路强磁场测量装置、测试方法，能够提高被测磁体磁感应强度的准确性。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种基于桥式电路强磁场测量装置，用于测量被测磁体的磁感应强度，测量装置包括：

3、第一感应线圈和第二感应线圈，分别位于所述被测磁体和标准磁体中；所述标准磁体的磁感应强度已知；

4、驱动模块，用于同时控制所述第一感应线圈和所述第二感应线圈分别在所述被测磁体及所述标准磁体中旋转，产生第一感应电动势和第二感应电动势；

5、桥式调节电路，用于在测量被测磁体的磁感应强度前对所述第一感应线圈和所述第二感应线圈进行标定，获得所述第一感应线圈和所述第二感应线圈的面积因子的比值；在测量被测磁体的磁感应强度时对输入的所述第一感应电动势和所述第二感应电动势进行指零处理，获得所述第一感应电动势和所述第二感应电动势的比例系数；

6、基于所述面积因子的比值、所述比例系数和所述标准磁体的磁感应强度求取被测磁体的磁感应强度。

7、可选方案中，所述桥式调节电路包括：

8、第一信号调理模块和第二信号调理模块，分别用于对所述第一感应电动势和所述第二感应电动势进行滤波移相；

9、比例分压器，连接于所述第一信号调理模块的输出端，用于对滤波移相后的所述第一感应电动势进行分压；

10、差动放大器，第一输入端连接于所述比例分压器的输出端，第二输入端连接于所述第二信号调理模块的输出端；

11、指零仪，连接于所述差动放大器的输出端。

12、可选方案中，所述测量装置包括第一导电滑环和第二导电滑环，分别连接于所述第一感应线圈的绕线两端和所述第二感应线圈的绕线两端；所述第一导电滑环和所述第二导电滑环的输出分别连接于所述第一信号调理模块和所述第二信号调理模块的输入端。

13、可选方案中，所述第一信号调理模块包括依次连接的第一滤波器、第一移相器和第一跟随器；所述第二信号调理模块包括依次连接的第二滤波器、第二移相器和第二跟随器；其中所述第一跟随器的输出端连接于所述比例分压器的输入端，所述第二跟随电路的输出端连接于所述差动放大器的所述第二输入端。

14、可选方案中，所述第一线圈和所述第二线圈的骨架为无磁材料，且热膨胀系数低于80*10-6/k。

15、可选方案中，所述第一信号调理模块、所述第二信号调理模块和所述差动放大器采用正负双轨电源进行供电。

16、可选方案中，所述第一导电滑环和所述第二导电滑环为无磁材料。

17、本发明还提供了一种基于桥式电路强磁场测量方法，基于上述的测量装置，该方法包括：

18、对所述第一感应线圈和所述第二感应线圈进行标定，获得所述第一感应线圈和所述第二感应线圈的面积因子的比值；

19、标定完成后，所述驱动模块同时控制所述第一感应线圈和所述第二感应线圈旋转，产生第一感应电动势和第二感应电动势；

20、通过所述桥式调节电路对输入的所述第一感应电动势和所述第二感应电动势进行指零处理，获得所述第一感应电动势和所述第二感应电动势的比例系数；基于所述面积因子的比值、所述比例系数和所述标准磁体的磁感应强度求取被测磁体的磁感应强度。

21、可选方案中，所述标定的方法包括：

22、使用所述第一感应线圈测量磁体1，得到感应电动势em1；使用第二感应线圈测量磁体2，得到感应电动势em2；

23、

24、

25、通过调节桥式调节电路，使em1-α1em2＝δ1，则

26、

27、然后使用所述第一感应线圈测量磁体2，得到感应电动势em3；使用所述第二感应线圈测量磁体1，得到感应电动势em4；

28、

29、

30、通过调节桥式调节电路，使em4-α2em3＝δ2则

31、

32、另式(3)除以式(6)，得到

33、

34、另k为所述第一感应线圈和所述第二感应线圈的面积因子的比值，将代入式(7)求解得到

35、

36、其中，α1，α2，δ1，δ2为已知。

37、可选方案中，求取所述被测磁体的磁感应强度包括：

38、产生的所述第一感应电动势e1和所述第二感应电动势e2分别为：

39、

40、

41、其中，b1为被测磁体的磁感应强度，b2为标准磁体的磁感应强度；ω为线圈旋转角速度；和为相移；

42、调整所述桥式调节电路，使当所述桥式调节电路的指零仪指零时，则

43、e1-αe2＝δ (11)

44、将式(9)(10)代入式(11)，化简得到

45、b1＝b2·α·k+δ′ (12)

46、上式中：α为所述桥式调节电路中比例分压器的分压比，式中α，k已知；δ′由式(11)中δ求取，

47、本发明的有益效果在于：

48、本发明采用两组感应线圈同步旋转并互换的方法使单线圈面积因子绝对值标定变成了双线圈面积因子比例标定，准确度大大提升，桥式法的应用使得系统抗干扰能力、噪声抑制能力均得到提高。本发明装置的测量范围由比例分压器的分压比确定，由于比例分压器经过校准后精度很高，比例范围大，既能扩大测量范围，还能保证装置的测量准确度。

49、本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。