[發明專利]雙環式差分脈沖磁場傳感器

在審

• 申請號: 202110248254.5
• 申請日: 2021-03-07
• 公開（公告）號: CN113030799A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 段艷濤;王可;石立華;陳海林;扶慶楓
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032;G01R35/00
• 代理公司: 北京力量專利代理事務所(特殊普通合伙) 11504
• 代理人: 毛雨田

本申請涉及一種雙環式差分磁場傳感器，包括雙環天線、光發射機、光纖、光接收機；雙環天線采用屏蔽小環結構，且鏡像對稱放置形成差分輸入，分別與光發射機的輸入端連接，而光發射機的輸出端與光接收機的輸入端通過光纖連接，最終可在光接收機輸出端得到磁場波形；其中，雙環差分結構相較于單環，可以利用差分信號濾除在磁場測量中的干擾信號，從而可以提高電場抑制比，獲得較為純凈的磁場響應分量。

技術領域

本發明涉及脈沖磁場測量的技術領域，尤其涉及一種雙環式差分脈沖磁場傳感器。

背景技術

脈沖磁場的測量是電磁脈沖研究的重點之一。尤其是雷電、高空核爆等構成的電磁脈沖環境，其形成機理復雜使得環境重構存在較大難度。脈沖源附近的電磁場相較于遠場，具有幅度大、頻譜寬、多極性的特點，因此給磁場傳感器的研制帶來諸多挑戰。

傳統的屏蔽小環磁場傳感器能夠適應幅度大、頻譜寬的測量要求，但是由于環天線不可避免地存在輸出端結構，破壞了磁偶極子的軸對稱性，對于多極性的電磁脈沖環境測量通常很難滿足要求，容易被徑向電場干擾而導致磁場波形失真。為此，在屏蔽小環的基礎上設計了雙環結構，可以利用差分電路去除絕大部分徑向電場響應分量，以獲得純凈磁場響應。

發明內容

基于此目的，有必要針對磁場測量中普遍存在的電場干擾問題，提供一種差分脈沖磁場傳感器，并配合光傳輸技術，從而適用于高能脈沖電磁場環境的測量和標定。

為了實現上述目的，本申請實施例在傳統屏蔽小環天線的基礎上重新設計制成雙環天線，并與光發射機、光纖、光接收機配套使用，從而獲得高電場抑制比的磁場信號。雙環天線輸出端與光發射機的輸入端連接，光發射機的輸出端與光接收機的輸入端通過光纖連接，在光接收機輸出端即可得到差分磁場信號。

利用非導電介質制成的固定支架保持雙環天線的相對位置不變，并使其間距大于等于5cm，從而將兩個天線之間的互擾降至可接受水平。

鏡像對稱的雙環天線置于被測環境時，電場響應分量和磁場響應分量由于方向不同而被差分電路捕捉，從而可以得到小環軸向的純凈磁場信號。

優選的是，本發明的小環天線為彎成環形的半鋼同軸電纜制成，其中一個半環末端的內導體與另一半環屏蔽層短路焊接。

優選的是，本發明小環天線的直徑為10cm。

優選的是，本發明的小環天線通過BNC接口與光發射機連接。

優選的是，本發明的光發射機包括兩個積分電路，每個積分電路的輸入端與一個小環天線的輸出端連接；兩個積分電路的輸出端分別與差分電路的輸入端連接，差分電路的輸出端通過輸入級與放大與補償電路的輸入端連接，放大與補償電路的輸出端與非線性校正電路的輸入端連接，非線性校正電路的輸出端與電光轉換裝置的輸入端連接。

優選的是，本發明的光接收機包括與電光轉換裝置的輸出端光纖連接的光探測器，光探測器的輸出端通過放大與補償電路與驅動阻抗匹配裝置的輸入端連接，驅動阻抗裝置輸出監測結果。

本發明采用上述技術方案，與現有技術相比：在磁場測量中，該技術可以去除絕大部分電場干擾，獲得較為純凈的磁場響應。同時，降低了對環天線尺寸的限制，即可以采用較大尺寸的環路作為接收天線，且由于不需要考慮電場在天線非對稱方向的影響，給傳感器的布置帶來了極大的靈活性，具有較高的實用價值。

附圖說明

圖1是本發明雙環式差分磁場傳感器的結構示意圖。

圖2是本發明雙環天線的結構示意圖。

圖3是單環式磁場傳感器等效電路示意圖。

圖4是單環式磁場傳感器頻響特性曲線示意圖。

圖5是雙環和單環式傳感器磁場測量結果對比圖。

具體實施方式