[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

摘要

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。

主权项

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Ur，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Ur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Br，根据标准电压转换模型Ur＝kBr+Uo，计算得到标准电压值Ur，式中，k和U0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Br，将此时低噪矢量磁传感器测量的电压值作为Ur，获得多组Br和Ur后，对模型Ur＝kBr+Uo进行最小二乘估计，得到k和Uo；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。