一种基于线性调频信号的磁屏蔽系数快速测量方法及装置
阅读说明：本技术 一种基于线性调频信号的磁屏蔽系数快速测量方法及装置 (Linear frequency modulation signal-based magnetic shielding coefficient rapid measurement method and device ) 是由 陆吉玺 刘子傲 邢博铮 韩邦成 全伟 刘刚 房建成 于 2020-11-27 设计创作，主要内容包括：本发明提出的基于线性调频信号的磁屏蔽系数快速测量方法及装置,通过设置三轴磁场线圈,并通过函数发生器向所述三轴磁场线圈内部输入线性调频信号,使其产生磁场幅值固定、磁场频率随时间线性变化,且方向固定的均匀磁场,可以在短时间内将不同频率下的磁屏蔽系数测量出来,且能够通过改变线性调频信号的幅值,改变均匀磁场的磁场幅值,进而在短时间内快速测量磁屏蔽系统在不同磁场环境下、不同频率下的磁屏蔽系数,大幅提高测量效率,提高测量精度。(According to the method and the device for rapidly measuring the magnetic shielding coefficient based on the linear frequency modulation signal, the three-axis magnetic field coil is arranged, and the linear frequency modulation signal is input into the three-axis magnetic field coil through the function generator, so that the uniform magnetic field with fixed magnetic field amplitude, linear change of magnetic field frequency along with time and fixed direction is generated, the magnetic shielding coefficients under different frequencies can be measured in a short time, the magnetic field amplitude of the uniform magnetic field can be changed by changing the amplitude of the linear frequency modulation signal, the magnetic shielding coefficients of the magnetic shielding system under different magnetic field environments and different frequencies can be rapidly measured in a short time, the measurement efficiency is greatly improved, and the measurement precision is improved.)
技术领域
本发明涉及一种基于线性调频信号的磁屏蔽系数快速测量方法及装置，属于磁屏蔽和磁场精密测量领域。
背景技术
稳定的磁场环境是实现超高精度磁场测量的重要保障。由于普通环境中存在地磁场及其波动，以及电力电子设备等引起的各种幅值、频率的电磁干扰，因此需要高性能的磁屏蔽设备将这些外界磁场屏蔽，从而创造稳定的磁场环境。在超高精度磁场测量中，坡莫合金磁屏蔽筒是一种常用的高性能磁屏蔽设备。但是由于坡莫合金材料在不同频率、不同磁场幅值下磁导率不同，会导致坡莫合金磁屏蔽桶的磁屏蔽系数随磁场频率和磁场幅值的变动产生变化，进而不能得到稳定的磁场环境。
常规的磁屏蔽系数测量方法是在线圈上施加单一磁场幅值条件下测量坡莫合金磁屏蔽筒的静态屏蔽系数，或直接使用锁相放大器测量坡莫合金磁屏蔽筒某几个频率点的动态磁屏蔽系数，以上测量方法均难以全面反映磁屏蔽系统的性能，且测量不同幅值和频率下的磁场会耗费大量时间，在实际测量中测量仪器的测量结果一般只在短时内稳定，即测量时间延长，会导致测量漂移误差产生，时间越长，产生的漂移误差越大。
发明内容
本发明提供一种基于线性调频信号的磁屏蔽系数快速测量方法及装置，通过函数发生器向所述三轴磁场线圈内部输入线性调频信号，使其产生磁场幅值固定为、磁场频率随时间线性变化的均匀磁场，可以在短时间内将不同频率下的磁屏蔽系数测量出来，且能够通过改变线性调频信号的幅值，改变均匀磁场的磁场幅值，进而在短时间内测量出不同频率、不同幅值下的磁屏蔽系数，从而更全面的反映出待测磁屏蔽设备的性能。
本发明技术方案如下：
一种基于线性调频信号的磁屏蔽系数快速测量方法，包括如下步骤：
S1，设置三轴磁场线圈，并通过函数发生器向所述三轴磁场线圈内部输入线性调频信号，使其产生磁场幅值固定为|B|、磁场频率(随时间线性变化，且方向为x轴方向的均匀磁场；在所述均匀磁场内放置内置有高动态磁通门磁强计的待测磁屏蔽设备；
S2，通过所述高动态磁通门磁强计测量所述待测磁屏蔽设备的内部磁场幅值B’；
S3，该固定幅值下的磁屏蔽系数S即为所述均匀磁场的磁场幅值|B|与所述内部磁场幅值B’的比值，即
作为优选，所述基于线性调频信号的磁屏蔽系数快速测量方法还包括如下步骤：
S4，改变S1中所述函数发生器向所述三轴磁场线圈内部输入的线性调频信号的幅值，使所述均匀磁场的磁场幅值|B|发生指数式增加，并重复S2-S3，得到不同磁场幅值下所述待测磁屏蔽设备的x轴向磁屏蔽系数，进而得到x轴向磁屏蔽系数与所述均匀磁场的磁场幅值、磁场频率之间的函数关系。
作为优选，所述基于线性调频信号的磁屏蔽系数快速测量方法，还包括如下步骤：
S5，将S1中均匀磁场的方向改变为y向和/或z向，重复上述步骤S2-S4，分别得到y轴向磁屏蔽系数或z轴向磁屏蔽系数与所述均匀磁场的磁场幅值、磁场频率之间的函数关系。
作为优选，所述S1中，所述三轴磁场线圈括能产生x轴方向磁场的Lee-Whiting线圈和能产生y、z轴方向磁场的鞍形线圈。
作为优选，所述S2中，所述高动态磁通门磁强计测量到的所述内部磁场幅值B’为在一定时间段T内持续不变的所述均匀磁场的磁场幅值。。
作为优选，所述S4中，使所述均匀磁场的磁场幅值B发生指数式增加，具体为，使所述均匀磁场的磁场幅值|B|在10nT-105nT范围内，满足lg|B|＝nlg10，其中n＝1,2,3,4,5。
作为优选，所述线性调频信号是一种信号频率随时间线性变化的信号，其在时域中的表达式为：
其中，A为信号幅值，f起为起始频率，f终为终止频率，T为信号持续时间；
所述线性调频信号的频域图像总存在频率f1至f2之间的平坦区间，在实际测量中应满足磁场信号的起始频率f起与终止频率f终在所述平坦区间内，即f1>f起，f2<f终。
作为优选，三轴磁场线圈产生的均匀磁场的磁场幅值B与所述高动态磁通门磁强计检测到的所述内磁场幅值B’均为时域信号，应先对其进行快速傅里叶变换，再计算磁屏蔽系数。
一种基于线性调频信号的磁屏蔽系数快速测量装置，包括三轴磁场线圈、与所述三轴磁场线圈相连的函数发生器和内置有高动态磁通门磁强计的待测磁屏蔽设备，所述待测磁屏蔽设备置于所述三轴磁场线圈产生的均匀磁场中。
作为优选，所述三轴磁场线圈包括产生x轴方向磁场的Lee-Whiting线圈和能产生y、z轴方向磁场的鞍形线圈，所述高动态磁通门磁强计包括Mag-03磁通门磁强计。
本发明相对于现有技术优势在于：本发明提出的基于线性调频信号的磁屏蔽系数快速测量方法及装置，通过设置三轴磁场线圈，并通过函数发生器向所述三轴磁场线圈内部输入线性调频信号，使其产生磁场幅值固定、磁场频率随时间线性变化，且方向固定的均匀磁场，可以在短时间内将不同频率下的磁屏蔽系数测量出来，且能够通过改变线性调频信号的幅值，改变均匀磁场的磁场幅值，进而在短时间内快速测量磁屏蔽系统在不同磁场环境下、不同频率下的磁屏蔽系数，大幅提高测量效率，提高测量精度。
附图说明
图1是本发明基于线性调频信号的磁屏蔽系数快速测量方法的流程图；
图2是本发明基于线性调频信号的磁屏蔽系数快速测量方法中所述线性调频信号的频域图；
图3是本发明基于线性调频信号的磁屏蔽系数快速测量装置的结构示意图。
图中各标号为：1—三轴磁场线圈，2—待测磁屏蔽设备，3—高动态磁通门磁强计，4—函数发生器。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合具体实施例和对比例，对本发明进行更详细的说明。
实施例1
如图1所示，为本发明一种基于线性调频信号的磁屏蔽系数快速测量方法的流程图，包括如下步骤：S1，设置如图3所示的三轴磁场线圈1，所述三轴磁场线圈1包括能产生x轴方向磁场的Lee-Whiting线圈和能产生y、z轴方向磁场的鞍形线圈；并通过函数发生器4向所述三轴磁场线圈1的Lee-Whiting线圈内部输入线性调频信号，使其产生磁场幅值固定为|B|、磁场频率随时间线性变化，且方向为x轴方向的均匀磁场；所述线性调频信号是一种信号频率随时间线性变化的信号，其在时域中的表达式为：
其在频域的变换图像如图2所示，
其中，A为信号幅值，f起为起始频率，f终为终止频率，T为信号持续时间；
所述线性调频信号的频域图像总存在频率f1至f2之间的平坦区间，在实际测量中应满足磁场信号的起始频率f起与终止频率f终在所述平坦区间内，即f1>f起，f2<f终。
在所述均匀磁场内放置内置有Mag-03高动态磁通门磁强计3的待测磁屏蔽设备2；所述待测磁屏蔽设备2的轴向与所述x轴方向重合，所述待测磁屏蔽设备2的端面或轴截面与所述y、z轴方向所定的平面相重合。
S2，通过所述Mag-03高动态磁通门磁强计3测量所述待测磁屏蔽设备2的内部磁场幅值B’；所述内部磁场幅值B’为在一定时间段T内持续不变的所述均匀磁场的磁场幅值。
S3，则该固定幅值下的磁屏蔽系数S即为所述均匀磁场的磁场幅值|B|与所述内部磁场幅值B’的比值，即其中，所述三轴磁场线圈1产生的均匀磁场的磁场幅值B与所述高动态磁通门磁强计3检测到的所述内磁场幅值B’均为时域信号，应先对其进行快速傅里叶变换，再计算磁屏蔽系数S；
作为优选，所述基于线性调频信号的磁屏蔽系数快速测量方法还包括步骤S4，改变S1中所述函数发生器4向所述三轴磁场线圈1内部输入的线性调频信号的幅值，使所述均匀磁场的磁场幅值|B|发生指数式增加，即使所述均匀磁场的磁场幅值|B|在10nT-105nT范围内，满足lg|B|＝nlg10，其中n＝1,2,3,4,5；并重复S2-S3，分别得到101nT、102nT、103nT、104nT、105nT的磁场幅值下，所述待测磁屏蔽设备2的x轴向磁屏蔽系数，进而得到x轴向磁屏蔽系数与所述均匀磁场的磁场幅值、磁场频率之间的函数关系。
作为优选，所述基于线性调频信号的磁屏蔽系数快速测量方法还包括步骤S5，将S1中均匀磁场的方向改变为y向，即通过函数发生器4向所述三轴磁场线圈1的鞍形线圈内部输入线性调频信号，使其产生磁场幅值固定、磁场频率随时间线性变化，且方向为y轴方向的均匀磁场；重复上述步骤S2-S4，得到y轴向磁屏蔽系数与所述均匀磁场的磁场幅值、磁场频率之间的函数关系；和/或将S1中均匀磁场的方向改变为z向，即通过函数发生器4向所述三轴磁场线圈1的鞍形线圈内部输入线性调频信号，使其产生磁场幅值固定、磁场频率随时间线性变化，且方向为z轴方向的均匀磁场；重复上述步骤S2-S4，得到z轴向磁屏蔽系数与所述均匀磁场的磁场幅值、磁场频率之间的函数关系。
实施例2
一种基于线性调频信号的磁屏蔽系数快速测量装置，如图3所示，包括三轴磁场线圈1、与所述三轴磁场线圈1相连的函数发生器4和内置有高动态磁通门磁强计3的待测磁屏蔽设备2，所述待测磁屏蔽设备2置于所述三轴磁场线圈1产生的均匀磁场中。所述三轴磁场线圈1包括产生x轴方向磁场的Lee-Whiting线圈和能产生y、z轴方向磁场的鞍形线圈，所述高动态磁通门磁强计4包括Mag-03磁通门磁强计。采用上述的基于线性调频信号的磁屏蔽系数快速测量方法对所述待测磁屏蔽设备进行磁屏蔽系数测量。
作为优选，所述待测磁屏蔽设备2为坡莫合金磁屏蔽筒。
应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改变，其均应涵盖在本发明专利的保护范围当中。
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