[發明專利]一種用于極弱剩磁材料的測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 202110033602.7
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112881953B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 周斌;程炳鈞;陶然
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家空間科學中心
• 主分類號: G01R33/12
• 分類號: G01R33/12
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;李彪

本發明屬于磁性材料測量技術領域，具體地說，涉及一種用于極弱剩磁材料的測量裝置，該測量裝置包括：矢量磁場傳感器(1)、無磁轉臺(4)和磁補償裝置(2)；矢量磁場傳感器(1)與無磁轉臺(4)位于同一水平面上，相對固定設置在磁補償裝置(2)內；待測目標(3)布設在無磁轉臺(4)上，矢量磁場傳感器(1)與信號處理器(7)通信連接。

技術領域

本發明屬于空間探測中的磁性材料測量技術領域，具體地說，涉及一種用于極弱剩磁材料的測量裝置及測量方法。

背景技術

在空間探測領域，衛星的剩磁一般都是一種干擾因素，需要進行嚴格的控制。對不同探測方案要求衛星進行磁潔凈的程度不同。高精度地球磁場測繪以及重力測量對材料剩磁的空間要求非常高，甚至達到10^-8Am²的量級。空間探測領域中經常使用的鋁、銅、鈦都可以認為是無磁材料，實際上這些無磁材料在冶煉和加工中，一些磁性元素的成分或者混入一些磁性的雜質，都會使這些材料帶有微弱的剩磁。從材料部件的角度來說，它們的矯頑力和剩磁都很低，表面的磁場低于0.1nT。

傳統的極弱材料的剩磁測量的方式主要為：設置一個或者多個磁場傳感器布置在待測物周圍，通過旋轉待測物得到待測物周圍的磁場以及隨距離的梯度，再利用球諧函數模型或者多偶極子模型反演待測物的剩磁。每個測量點，都要求磁場直流測量。但是，傳統的磁場直流測量存在兩方面問題：

1)環境磁場極低頻的擾動非常復雜，背景噪聲太大；

2)所用磁傳感器近直流頻帶的噪聲過大；

兩者的綜合效果，直流測量的分辨率一般只有0.1nT左右。如果待測物剩磁產生的磁場小于0.1nT，則無法分辨。傳統的剩磁測量方式無法達到所需要的小于0.1nT的分辨率。

另外，現有的極弱剩磁材料的測量方法，測量最小剩磁的能力一般可以到10^-4Am²。但是，針對空間探測領域，現有的測量方法并不能達到對于微弱磁材料的剩磁的定量測量的10^-8Am²精度；另外，現有的針對微弱磁材料的測量方法，還存在無法避免外部磁場噪聲的干擾，以及無法提高剩磁測量的靈敏度的問題。

發明內容

為解決現有技術存在的上述缺陷，本發明提出了一種用于極弱剩磁材料的測量裝置，該測量裝置包括：矢量磁場傳感器、無磁轉臺和磁補償裝置；

矢量磁場傳感器與無磁轉臺位于同一水平面上，相對固定設置在磁補償裝置內；待測目標布設在無磁轉臺上，矢量磁場傳感器與信號處理器通信連接。

作為上述技術方案的改進之一，所述磁補償裝置為磁場屏蔽筒或者地磁補償線圈。

作為上述技術方案的改進之一，所述測量裝置還包括：電機和傳動構件；無磁轉臺與電機通過傳動構件傳動連接。

作為上述技術方案的改進之一，所述傳動構件為傳送皮帶或橡膠履帶。

作為上述技術方案的改進之一，所述矢量磁場傳感器與無磁轉臺之間的相對距離為1-20cm。

作為上述技術方案的改進之一，所述無磁轉臺的旋轉頻率控制在5-30Hz。

本發明還提供了一種用于極弱剩磁材料的測量方法，該方法包括：

定義待測目標的X軸向、Y軸向和Z軸向，并規定其正方向為垂直無磁轉臺的旋轉面向上的方向；

啟動電機轉動，通過傳動構件帶動布設在無磁轉臺上的待測目標在交流頻段分別進行X軸向、Y軸向和Z軸向的正方向旋轉；