[发明专利]一种基于多频解算的非平衡交流电桥无磁探温方法

说明书

本发明涉及高精度无磁温度探测技术，具体公开了一种基于多频解算的非平衡交流电桥无磁探温方法，采用热敏电阻作为温度敏感元件，利用非平衡交流电桥差动检测热敏电阻阻值变化引起的交流电压的幅值和相位的变化来探测温度变化，利用多频率交流电驱动，在不同频率下的输出标定交流电桥各个参考桥臂的复阻抗，再根据模型组成多元方程组，通过迭代法解方程组得到热敏电阻所在的检测桥臂在不同温度时的复阻抗，从而得到热敏电阻的精确阻值，解算出热敏电阻处的温度，消除了高频无磁探温中电路分布参数带来的误差。可以用于极低磁场环境要求下的温度探测和温度控制，有效抑制探温驱动电流的带来的低频和直流磁场。

技术领域

本发明属于领域高精度无磁温度探测技术，具体涉及一种基于多频解算的非平衡交流电桥无磁探温方法。

背景技术

在很多应用情况下需要保持微小磁场环境下进行高精度温度探测和控制，并且在空间有限制的情况下，温度探测过程中的降低探温电流产生磁场。核磁共振(NMR)通过检测原子系综内的一种或几种原子核信息，来获取载体转动或环境磁场等目标信息的新兴探测技术。在核磁共振中所用敏感原子的原子核至少存在一个质子或中子的不成对(即原子量为奇数，如129Xe、131Xe、21Ne等)。这类原子核具有的不对称性使得原子核对磁场的影响特别敏感。因此，核磁共振陀螺仪对磁场的影响特别敏感，外来的无关磁场的变化会影响核磁共振陀螺仪的精度。而核磁共振陀螺仪为了提高敏感核心碱金属气室内部的碱金属原子的密度，需要对气室进行加热并进行高精度的温度控制。温度探测电流成为了外来的无关磁场的重要来源。降低温度探测过程中带来的外来磁场时核磁共振陀螺仪研制的一项关键技术。在此需求下，需要发明了一种无磁温度探测方法。利用交流电桥进行温度探测过程中发现，在外界环境和静置状态下，无磁探温系统，能够工作正常，可以达到约1‰稳定度。但是当外界触动热敏电阻连接线时会出现探温误差明显变大的现象。交流情况下，当频率较高或探温要求精度较高的情况下，探温系统内部的分布电容和分布电感的影响已经不可忽略。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于多频解算的非平衡交流电桥无磁探温方法，其能够消除分布电路参数的影响，提高探温精度。

本发明的技术方案如下：

一种基于多频解算的非平衡交流电桥无磁探温方法，该方法包括如下步骤：

1)明确无磁探温需求，即温度敏感点和敏感区间；

2)选择热敏电阻，确定测温范围，确定其探头的复阻抗模型，再确定阻值和温度关系；

3)选择若干个参考电阻，测量直流下各参考电阻阻值，测量参考电阻不同频率下的复阻抗，制作电桥；

4)标定参考臂的复阻抗模型，确定各个参考臂在各驱动频率下的复阻抗值；

5)测量驱动频率电压输入时电桥的输出，将不同驱动频率下得到的电桥输出组成方程组；

6)解算方程组，得到热敏电阻的阻值R_pt；

7)利用下式确定热敏电阻温度T

其中T₀和a_i为拟合系数，R为不同温度下热敏电阻的阻值，R_pt替代公式中的R，得到对应的温度T，i为阻值的次方，N为最大次方数。

一种核磁共振陀螺和原子磁强计无磁探温方法，包括以下步骤：

1)明确无磁探温需求，即测温电流为0～0.5mA，敏感温度中心为120℃，范围为100～140℃内要求精度为0.001℃，在-10～200℃范围内精度在0.5℃；

2)选择热敏电阻为Pt1000薄膜电阻，确定其探头的复阻抗模型如下式