[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

说明书

本发明公开了一种用于磁场复现线圈的环境磁干扰主动补偿系统，将矢量磁传感器测量到的环境干扰磁场转化为电压信号输入到补偿控制器中，并与目标磁场进行比较，通过反馈控制模块产生补偿信号，与前馈控制模块产生的补偿信号相加后输入到补偿线圈相应方向的绕组中，激励补偿线圈产生磁场，抵消波动干扰；成功的解决了磁场复现系统中标量补偿存在的问题；该方法具有操作方便、自动化程度高、成本低、性价比高等优点，同时，补偿过程中还可通过补偿参数修正方法对补偿电流中的直流偏置部分进行修正，以达到只对干扰磁场进行抵消，不影响复现磁场准确度的目的；还对环境中存在的工频和谐波频率进行了前馈补偿。

技术领域

本发明属于磁场复现技术领域，具体涉及一种用于磁场复现线圈的环境磁干扰主动补偿系统。

背景技术

环境磁干扰主要指由于车辆、电梯等磁性物体移动产生的低频扰动磁场，以及电力线缆中50Hz/60Hz工频及谐波电流产生的交流扰动磁场。在磁场复现系统中环境磁干扰是影响复现磁场准确度及稳定度的重要因素。

申请号为200810187847.X，名称为“超低磁空间与磁场复现的集成装置”的专利申请中描述了一种采用多层高导磁材料构建立方体屏蔽室，利用磁旁路原理抑制环境磁干扰，是一种被动方式。该种方式具有造价高(屏蔽室的造价远高于磁场复现系统)，高导磁材料与磁场线圈相互影响等缺陷。

申请号为201320722859.4，实用新型名称为“一种磁场复现测量噪声补偿装置”的专利提出了一种采用钾光泵磁强计进行总场测量，并进行噪声磁场补偿的方法。该方案采用的补偿传感器为钾光泵磁强计，一种测量总场的标量传感器，补偿过程中只可将补偿信号传输到一个磁场分量中，而环境的干扰磁场的强度、方向、频率均是实时变动并且不确定的，因此该补偿方式具有一定的缺陷，不适用于标量磁传感器的测试。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于磁场复现线圈的环境磁干扰主动补偿系统可同时对三个分量的磁场环境进行动态补偿，达到复现稳定磁场的目的。

一种用于磁场复现线圈的环境磁干扰主动补偿系统，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U_r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；