全张量磁梯度探头结构设计.pdf

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1、2015正仪表技术与传感器2015第8期InstrumentTechniqueandSensorNo．8全张量磁梯度探头结构设计李萌(吉林大学仪器科学与电气工程学院，吉林长春130061)摘要：超导梯度传感器检测灵敏度高，是一种测试精度较高的传感器。为进一步提高传感器的检测精度得到精准的数据处理结果，本文构造六方金字塔探头检测模型，并结合立体几何的方法对磁场梯度传感器的位置进行分析，采用投影的方法得到数据表格。通过此袁，可求得探头在空间磁场的磁梯度张量。同时求得探头结构通式。关键词：磁梯度张量；磁场梯度传感器；空间立体结构探头中图分类号：TH7文献标识码：A文章编号：100

2、2-1841(2015)08-0048-02FullTensorMagneticGradientProbeStudyLIMeng(CollegeofInstrumentationandElectricalEngineering，JflinUniversity，Changchun130061，China)Abstract：Superconductinggradientsensorhashighsensitivity．Inordertofurtherimprovethedetectionaccuracyofthesensorandobtainaccurateresults，he

3、xagonalpyramidmodelwasconstructedinthispaper．Andcombinedwithgeometryofthemagneticfieldgradientmethod，thepositionofthesensorwasanalyzedtoobtainthedatatable．Themagneticgradienttensoroftheprobeinspacewasgotthroughthetable．Atthesalnetime，theprobestructuralformulawasgot．Keywords：magneticgradien

4、ttensor；magneticfieldgradientsensor；stericstructureprobe0引言随着工程技术的进步，超导梯度传感器是近年来迅速发展H3的一种测量磁场灵敏度较高的磁力传感器。传统的三分量磁力仪、光泵磁力仪等都不可直接测量得到磁梯度张量。实际航磁探头由于结构复杂，直接用求导解析方法或角度姿态变换方法得到测量磁场的梯度值相当困难。本文建立六棱锥金≯～字塔探头模型采用立体几何的投影方法得到测量磁场的梯度值。1磁梯度张量探测原理磁梯度测量磁场是由磁异常和地磁场2部分组成的，由于：I，地磁场梯度值远远小于磁异常梯度值，因此磁梯度张量只跟具有磁性的目

5、标所引起的磁异常场有关，如式(1)所示。图1六方金字塔探头结构图da2Ua2U2．2传感器结构图砂传感器结构示意图，如图2所示，包含了2个磁场接收、检aa2u测线圈s1，s2。通过线圈S1和s2的磁通差分来得到磁梯度的T=谚谚矿变化。磁场梯度传感器如图3中F的摆放方式，置于六方金字agv塔各三角面的中线上，且在中点处。出a砂式中：为测量磁场；U为磁标势；B在、y和z三个空间方向上的分量磁场矢量是、曰和。2探头工作原理分析图2传感器示意图2．1探头结构图2．3利用立体几何推倒对应关系如图1所示，设计六棱锥型的金字塔探头，即六方金字塔探如图4所示，建立空间坐标系，OA、OH方向

6、分别为、z头。HAO、／HBO、HCO、／HDO、／_HEO、／_HFO均为27。。轴，另一方向为y轴。以平面HFA为例，由于探头为正六棱锥，在三角形OFA中，OF=OA=AF，OG=OFxcos30。。在三角形HFO中，OH=OF×tan27。，HGO=arctan(OH／OG)=arctan基金项目：国家863计划重大项目(2014AA63901)收稿日期：2014—1卜24收修改稿日期：2015—03—20(tan27。／cos30。)=30。。同理可知，／HIO、HJO、／_．HKO、第8期李萌：全张量磁梯度探头结构设计49A表1传感器测量方向与各轴的夹角测量方向与

7、轴夹角／(。)与Y轴夹角／(。)与Z轴夹角／(。)C图3各面上的传感器摆放示意图HLO、HMO均为30。。设底面边长为20长，在平面HFA，根据立体几何知识，可算得线段HG中点E坐标为(0．75a，-0．433a，0．5a)。测量方向在轴投影长度在l，轴投影长度在Z轴投影长度一≥。--o图4平面HFA示惹图2．4查表的矩阵中—．的．．各．。：．．元．．L素垂直于各棱锥面的方向为传感器的测量方向。如图5所通过查找表1口和}{表曰釜1、，即口{可

8、以算出公式(2)中的9个张量分示，在空间内任取一点c，过c点做垂直于平面