[發明專利]一種數字磁通門磁強計及地磁測量系統

有效

• 申請號: 201510098779.X
• 申請日: 2015-03-06
• 公開（公告）號: CN104698407B
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 陳曦;王嘉博;高文云;匡麟玲;靳瑾
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01R33/04
• 分類號: G01R33/04;G01V3/40
• 代理公司: 深圳市鼎言知識產權代理有限公司 44311
• 代理人: 哈達

本發明涉及一種數字磁通門磁強計，包括：探頭、模擬電路模塊、數字電路模塊。所述探頭包括探頭X軸、探頭Y軸、探頭Z軸，分別感應環境磁場在X軸、Y軸、Z軸的分量，并將感應到的磁場分量信號輸出到模擬電路模塊；所述模擬電路模塊處理探頭輸出的磁場分量信號，獲得與X軸、Y軸、Z軸磁場強度成正比的三軸模擬信號；所述數字電路模塊將該三軸模擬信號與參考電壓信號及探頭溫度信號轉換為數字信號向外輸出，方便用戶對磁強計的測量值進行矯正和校驗，提高測量精度與系統穩定性。

技術領域

本發明涉及一種磁強計，尤其涉及一種磁通門磁強計，屬于地磁場測量技術領域。

背景技術

磁場是宇宙中天體的基本屬性。地磁場是地球具有的磁場，地球周圍任一點的地磁場強度都是具有一定的大小和方向的矢量，且一般認為地球周圍任一點的磁場強度是不同的。從數學模型角度，地球的磁場滿足拉普拉斯方程，因此只要對若干位置的地球磁場進行觀測，再使用拉普拉斯方程求解就可以得到地球表面，尤其是距離地球1000km以內的空間的任意一點的磁場。國際地磁和高層大氣物理學組織IAGA維護的IGRF（國際地磁參考場）模型是一種廣泛使用的能夠比較精確的描述地磁場的參考模型。低軌衛星的軌道高度一般不超過1000Km，攜帶有能夠測量衛星所在位置地球磁場的磁強計，將測量結果與IGRF模型的計算結果對比，就可以得到衛星的姿態信息。因此，使用星載磁強計進行衛星姿態測量已經成為低軌衛星廣泛使用的一種姿態測量手段，具有廉價、低功耗的特點，且在星箭分離初期衛星尚未建立穩定姿態前，星載磁強計具有不可替代性。目前在衛星上使用最廣泛的磁強計是磁通門磁強計，磁通門磁強計的精度、功耗、體積使得其非常適合在一般衛星上使用。設計一個高性能的星載磁強計面臨很多挑戰，包括需要克服三軸正交度的影響，克服探頭溫度漂移的影響以及克服電路系統溫度漂移的影響。其中探頭溫度對磁強計的輸出結果有較大影響，通常溫度每變化一攝氏度，磁強計輸出變化約萬分之一。因此，為克服探頭溫度變化的影響，通常將探頭放置于衛星內部溫度特性穩定的地方，但隨著衛星的集成度不斷提高，衛星內部電子系統對探頭的影響越來越大，因此，找到從磁強計自身的角度克服探頭溫度變化影響的方法就顯得非常重要。此外，磁強計電路主要是模擬電路，其核心器件為運算放大器，運算放大器的溫度漂移特性也是影響磁強計性能的一個主要因素。

發明內容

有鑒于此，對于集成度高而功率較大的低軌衛星，確有必要提供一種能夠自主矯正探頭溫度漂移和電路系統溫度漂移的數字磁通門磁強計。

一種數字磁通門磁強計，包括：探頭、模擬電路模塊、數字電路模塊；所述探頭包括探頭X軸、探頭Y軸、探頭Z軸，分別感應環境磁場在X軸、Y軸、Z軸的分量，并將感應到的磁場分量信號輸出到所述模擬電路模塊；所述模擬電路模塊對所述磁場分量信號進行直流信號隔離、二倍頻信號放大、相敏檢波、積分運算，獲得正比于環境磁場的三軸模擬信號，所述模擬電路模塊還通過探頭激勵信號線與所述探頭連接，將自身生成的探頭激勵信號饋給所述探頭；所述數字電路模塊接收所述模擬電路模塊輸出的三軸模擬信號，并將其轉換為三軸數字信號，所述數字電路模塊還生成一個參考電壓信號，用于糾正電路溫度漂移誤差，該參考電壓信號與所述三軸模擬信號的電路溫度漂移具有一致性。

一種地磁測量系統，包括：兩個本發明提供的數字磁通門磁強計，分別用做主份磁強計與備份磁強計，交叉連接線；所述主份磁強計模擬電路模塊的輸出通過交叉連接線連接備份磁強計數字電路模塊的輸入，所述備份磁強計模擬電路模塊的輸出通過交叉連接線連接到主份磁強計數字電路模塊的輸入。

一種地磁測量系統，包括：兩個本發明提供的數字磁通門磁強計，分別用做主份磁強計與備份磁強計，交叉備份連接系統；所述交叉備份連接系統通過外部控制信號同時控制主份磁強計模擬電路模塊輸出與備份磁強計數字電路模塊輸入的開斷，以及備份磁強計模擬電路模塊輸出與主份磁強計數字電路模塊輸入的開斷。

與現有技術相比，本發明所提供的數字磁通門磁強計與地磁測量系統方便用戶對磁強計的測量值進行矯正和校驗，提高測量精度，此外所述地磁測量系統還進一步提高了系統的可靠性，特別適用于低軌衛星如低軌通信衛星的地磁測量。