[发明专利]一种用于磁场复现线圈的环境磁干扰主动补偿系统

权利要求书

1.一种用于磁场复现线圈的环境磁干扰主动补偿系统，其特征在于，包括矢量磁传感器、三轴补偿线圈、磁场补偿控制器和上位机；其中，磁场补偿控制器包括采集模块、磁场设置模块、PI反馈控制模块、PID前馈控制模块以及电压电流转换模块；

所述三轴补偿线圈放置于需要进行补偿的磁场环境中；

所述矢量磁传感器放置在三轴补偿线圈的磁场均匀区内，其三个磁敏感轴分别与三轴补偿线圈的三轴对应平行，用于实时测量环境总磁场，并输出对应的模拟电压信号；

所述采集模块用于将所述矢量磁传感器输出的模拟信号转化为数字量，然后将该数字量发送给所述上位机；

所述磁场设置模块用于接收上位机发送的标准电压值U_r，然后转换为标准电压模拟信号；

所述PI反馈控制模块包括模拟减法电路和模拟比例积分PI电路；模拟减法电路用于将所述磁场设置模块输出的标准电压模拟信号与矢量磁传感器输出的模拟电压信号作差，得到差值；模拟比例积分PI电路对所述差值进行比例积分运算，得到电压形式的反馈补偿信号；

所述PID前馈控制模块包括微处理器、频率直接合成DDS电路和比例积分微分PID电路；所述微处理器接收上位机发送的磁场幅值命令字及频率命令字；频率直接合成DDS电路根据磁场幅值命令字及频率命令字得到相应的交流电压信号；所述比例积分微分PID电路对所述交流电压信号进行PID运算后，得到电压形式的前馈补偿信号；

所述电压电流转换模块将PI反馈控制模块输出的反馈补偿信号和PID前馈控制模块输出的前馈补偿信号相加，得到补偿电压；然后再把相加后的补偿电压转换为补偿电流，送入三轴补偿线圈；

所述三轴补偿线圈根据输入的补偿电流产生磁场，抵消环境磁干扰；

所述上位机根据外部输入的目标磁场值B_r，根据标准电压转换模型U_r＝kB_r+U_o，计算得到标准电压值U_r，式中，k和U_o为转换参数，所述标准电压转换模型具体获得过程为：在三轴补偿线圈不工作的情况下，获得在磁场复现线圈工作时，低噪矢量磁传感器测量的电压值；将磁场复现线圈的磁场值作为B_r，将此时低噪矢量磁传感器测量的电压值作为U_r，获得多组B_r和U_r后，对模型U_r＝kB_r+U_o进行最小二乘估计，得到k和U_o；

所述上位机根据外部输入的需要补偿的50Hz/60Hz工频及谐波磁场的磁场值和频率值，分别转换为磁场幅值命令字及频率命令字，并发送到所述PID前馈控制模块中。

2.如权利要求1所述的用于磁场复现线圈的环境磁干扰主动补偿系统，其特征在于，所述各模块参数还应满足如下充要条件：

T₁T₂K₁K₂K_SWK_I-(T₁+T₂)(K₁K₂K_SW_KP+1)＜0 (1)

K₁K₂K_SWK_I＞0 (2)

式中：T₁表示电压电流转换模块中电压转电流的时间常数，K₁表示电压电流转换系数，T₂表示矢量磁传感器时间常数，K₂表示矢量磁传感器的磁电转换系数，K_SW表示三轴补偿线圈的单轴常数，K_P表示PI反馈控制模块的比例系数，K_I表示PI反馈控制模块的积分系数。

3.如权利要求1或2所述的用于磁场复现线圈的环境磁干扰主动补偿系统，其特征在于，所述三轴补偿线圈的三个中心轴线两两相互垂直，且各自磁场均匀区中心点重叠。