[發明專利]空心線圈傳感器的τ曲線標定方法

有效

• 申請號: 201810264430.2
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN108627789B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 付志紅;王浩文;王耀;廖先;劉龍歡;王維;李軍強
• 申請（專利權）人: 重慶大學;重慶璀陸探測技術有限公司
• 主分類號: G01R35/00
• 分類號: G01R35/00
• 代理公司: 重慶為信知識產權代理事務所(普通合伙) 50216
• 代理人: 余錦曦

本發明公開了一種空心線圈傳感器的τ曲線標定方法，包括用于搭建標定系統的步驟；標定系統包括空心標定線圈和至少一個待校正空心線圈，所述空心標定線圈與電源連接，所述待校正空心線圈與接收機連接；用于向所述空心標定線圈發出脈沖電流信號的步驟；用于通過標定系統測量待校正空心線圈頻帶寬度的步驟；用于通過標定系統對待校正空心線圈的傳遞函數H(s)進行校準的步驟。有益效果：利用τ曲線的非穩態區間標記過渡過程的持續時間，實現線圈頻帶寬度的定量測量，其結果的特征量易于提取。該方法對線圈傳遞函數的校準不依賴標定電流的數據，因此不需要獲取互感等系統參數，減少了誤差的引入，適宜現場操作。實現對待校正空心線圈快速標定，精確度高。

技術領域

本發明涉及空心線圈過渡過程的處理方法技術領域，具體的說是一種空心線圈傳感器τ曲線標定方法。

背景技術

多匝空心線圈是實現電場和磁場相互轉換的重要工具之一。感應電壓與實際磁場強度之間的關系可以根據電磁感應原理確定。基于空心線圈的磁場傳感器廣泛應用在多種測量領域，如Rogowski Coil、電容電壓互感器(CVT)、Tesla transformer和瞬變電磁傳感器。由于電感和分布電容的存在，線圈輸出電壓u(t)不能準確跟隨突變的感應電壓ε(t)，使得接收到的早期信號發生畸變，這種現象稱為線圈的過渡過程。隨著匝數增加，線圈固有過渡過程影響加劇影響了探測效果。

空心線圈傳感器的分布參數等效電路參見圖1。其中，L為線圈的等效電感， R為線圈的內阻，C為線圈的分布電容，R_b為并聯在線圈兩端的阻尼電阻。設L 和C無初始儲能，感應電壓ε(t)和線圈輸出電壓u(t)的關系可推導出傳遞函數公式：

感應電壓與線圈輸出電壓的關系可以由線圈的傳遞函數唯一確定，如果線圈的等效電路參數已知，便可以根據傳遞函數公式和線圈輸出電壓u(t)重構感應電動勢ε(t)，從而消除線圈的過渡過程。顯然，這種方案的關鍵是重構結果的可靠性。

為了測量線圈頻帶寬度，文獻[1]在屏蔽室內使用螺線管產生標定磁場，通過測量混場源電磁傳感器的頻率響應，實現傳感器的標定。文獻[2-3]采用諧振法對線圈施加掃頻信號獲得其諧振頻率，通過計算分別獲得了Tesla變換器和 Rogowski線圈的參數。頻率響應的測量需要高精度的信號發生器和寬頻的數據采集器，這種標定方法只能在有條件的實驗室中完成，標定過程復雜。文獻[4-6] 建立了以不接地導電環為探測目標的標定模型，通過對比實測響應曲線與求解的感應電壓曲線的差異，實現瞬變電磁系統整體性能的定量評測。這種方案涉及系統參數的測量與計算，由于測量誤差，數值求解感應電壓曲線的精度不高，考慮到標定系統內部的干擾，尤其是低電阻率土壤中感生的渦流對測量電壓的影響不可忽略時，感應電壓曲線很難通過數值計算獲得，因此這種方案不適用于求解接收線圈傳遞函數。

總之，感應電壓重構結果的可靠性尚未解決，因此不少學者嘗試通過優化設計待矯正線圈的尺寸與結構來減弱過渡過程對感應電壓的影響[7-11]，這是一種保守的策略，而且需要建立測試方法驗證線圈的優化效果，過程復雜。

其中文獻[1-11]具體為：

[1]W.Yanzhang,C.Defu,W.Yunxia and L.Jun,Research on CalibrationMethod of Magnetic Sensor in Hybrid-Source Magneto Tellurics,2007 8thInternational Conference on Electronic Measurement and Instruments,Xi'an,2007, pp.1-77-1-80.

中文翻譯：W.Yanzhang，C.Defu，W.Yunxia和L.Jun，“在混場源電磁磁傳感器標定方法的研究，“2007第八屆國際電子測量與儀器，西安，2007，第 1-77-1-80頁。