[发明专利]空心线圈传感器的τ曲线标定方法

说明书

本发明公开了一种空心线圈传感器的τ曲线标定方法，包括用于搭建标定系统的步骤；标定系统包括空心标定线圈和至少一个待校正空心线圈，所述空心标定线圈与电源连接，所述待校正空心线圈与接收机连接；用于向所述空心标定线圈发出脉冲电流信号的步骤；用于通过标定系统测量待校正空心线圈频带宽度的步骤；用于通过标定系统对待校正空心线圈的传递函数H(s)进行校准的步骤。有益效果：利用τ曲线的非稳态区间标记过渡过程的持续时间，实现线圈频带宽度的定量测量，其结果的特征量易于提取。该方法对线圈传递函数的校准不依赖标定电流的数据，因此不需要获取互感等系统参数，减少了误差的引入，适宜现场操作。实现对待校正空心线圈快速标定，精确度高。

技术领域

本发明涉及空心线圈过渡过程的处理方法技术领域，具体的说是一种空心线圈传感器τ曲线标定方法。

背景技术

多匝空心线圈是实现电场和磁场相互转换的重要工具之一。感应电压与实际磁场强度之间的关系可以根据电磁感应原理确定。基于空心线圈的磁场传感器广泛应用在多种测量领域，如Rogowski Coil、电容电压互感器(CVT)、Tesla transformer和瞬变电磁传感器。由于电感和分布电容的存在，线圈输出电压u(t)不能准确跟随突变的感应电压ε(t)，使得接收到的早期信号发生畸变，这种现象称为线圈的过渡过程。随着匝数增加，线圈固有过渡过程影响加剧影响了探测效果。

空心线圈传感器的分布参数等效电路参见图1。其中，L为线圈的等效电感， R为线圈的内阻，C为线圈的分布电容，R_b为并联在线圈两端的阻尼电阻。设L 和C无初始储能，感应电压ε(t)和线圈输出电压u(t)的关系可推导出传递函数公式：

感应电压与线圈输出电压的关系可以由线圈的传递函数唯一确定，如果线圈的等效电路参数已知，便可以根据传递函数公式和线圈输出电压u(t)重构感应电动势ε(t)，从而消除线圈的过渡过程。显然，这种方案的关键是重构结果的可靠性。

为了测量线圈频带宽度，文献[1]在屏蔽室内使用螺线管产生标定磁场，通过测量混场源电磁传感器的频率响应，实现传感器的标定。文献[2-3]采用谐振法对线圈施加扫频信号获得其谐振频率，通过计算分别获得了Tesla变换器和 Rogowski线圈的参数。频率响应的测量需要高精度的信号发生器和宽频的数据采集器，这种标定方法只能在有条件的实验室中完成，标定过程复杂。文献[4-6] 建立了以不接地导电环为探测目标的标定模型，通过对比实测响应曲线与求解的感应电压曲线的差异，实现瞬变电磁系统整体性能的定量评测。这种方案涉及系统参数的测量与计算，由于测量误差，数值求解感应电压曲线的精度不高，考虑到标定系统内部的干扰，尤其是低电阻率土壤中感生的涡流对测量电压的影响不可忽略时，感应电压曲线很难通过数值计算获得，因此这种方案不适用于求解接收线圈传递函数。

总之，感应电压重构结果的可靠性尚未解决，因此不少学者尝试通过优化设计待矫正线圈的尺寸与结构来减弱过渡过程对感应电压的影响[7-11]，这是一种保守的策略，而且需要建立测试方法验证线圈的优化效果，过程复杂。

其中文献[1-11]具体为：

[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.

中文翻译：W.Yanzhang，C.Defu，W.Yunxia和L.Jun，“在混场源电磁磁传感器标定方法的研究，“2007第八届国际电子测量与仪器，西安，2007，第 1-77-1-80页。