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上篇 基本理论3

第1章 设计和工作原理3

1.1 研究历史回顾3

1.1.1 磁通门基本定义3

1.1.2 磁通门磁强计的发明4

1.1.3 航空磁测推动了磁通门技术的发展6

1.1.4 空间应用8

1.1.5 理论研究发展历程10

1.2 磁通门磁场调制器11

1.2.1 平行场的磁通门传感器12

1.2.2 垂直场的磁通门传感器13

1.2.3 磁调制14

1.2.4 两种工作模式15

1.3 铁磁材料特性17

1.3.1 从磁滞回线到平均磁化曲线18

1.3.2 物质的常规磁导率和微分磁导率19

1.4 去磁系数，铁芯的磁导率21

1.4.1 物体磁导率张量21

1.4.2 物体的磁导率和微分磁导率23

1.4.3 物体磁导率的自动稳定26

1.4.4 椭球形铁芯磁导率计算28

1.4.5 非椭球形铁芯磁导率计算29

第2章 基本理论与参数33

2.1 磁场物理量与参数33

2.2 对磁导率的影响——参数处理基础37

2.2.1 横向激励37

2.2.2 纵向激励38

2.2.3 自动参数逼近40

2.3 最通用的输出电动势计算公式推导41

2.3.1 物体动态磁导率张量43

2.3.2 特殊激励情况44

2.3.3 计算转换系数46

2.3.4 计算不平衡电动势48

2.3.5 输出电动势的通用计算式50

2.4 开口铁芯磁通门51

2.4.1 电压模式激励55

2.4.2 为转换系数计算的附加数据58

2.4.3 结论59

2.5 闭口铁芯磁通门60

2.5.1 闭口铁芯磁通门的类型60

2.5.2 对推导公式的注解61

2.5.3 推荐的估算方法63

2.5.4 扩展到横向激励的方法66

2.6 内参数放大模式67

2.6.1 测量电路稳定的条件68

2.6.2 激励电路稳定的条件71

2.7 磁通门磁轴73

2.7.1 “磁轴”的概念73

2.7.2 磁轴不稳定的原因74

第3章 磁补偿和噪声77

3.1 概述77

3.2 磁位移机理80

3.2.1 磁通门两个半单元的失谐80

3.2.2 剩磁82

3.2.3 磁致伸缩效应83

3.3 磁噪声87

3.3.1 二次谐波附近的噪声源87

3.3.2 磁噪声模型88

3.4 驱动磁场的影响96

3.5 噪声、磁致伸缩、磁各向异性103

3.6 其他的关系和相关性111

3.6.1 驱动场频率的相关性111

3.6.2 工作温度的相关性112

3.6.3 空间和暂时的温度变化113

3.6.4 体积、形状和工艺影响113

3.7 抑制噪声的前景115

3.7.1 磁材料参数的选择116

3.7.2 居里点相关性117

3.7.3 非晶材料118

第4章 功能设计和误差分析120

4.1 功能设计120

4.1.1 恒定磁场磁强计120

4.1.2 交变磁场磁强计121

4.1.3 磁梯度仪122

4.2 总误差123

4.3 倍增误差最小化方法126

4.3.1 转换系数误差126

4.3.2 角误差128

4.3.3 反馈线圈造成的误差131

4.4 累加误差最小化方法133

参考文献（第1～4章）136

下篇 磁通门磁强计的应用145

第5章 通用磁通门磁强计设计145

5.1 概述145

5.2 环形铁芯磁通门146

5.3 驱动发生器151

5.4 短路磁通门传感器154

5.4.1 引言154

5.4.2 短路磁通门传感器的输出电流154

5.4.3 全偶次谐波检测反馈磁强计157

参考文献160

第6章 传感器的磁材料161

6.1 磁材料的一般要求161

6.2 晶体材料163

6.2.1 晶体合金材料的选择163

6.2.2 环形铁芯的设计和制造164

6.2.3 基于薄膜的传感器——设计和实验结果165

6.3 非晶材料（金属玻璃）167

6.3.1 玻璃合成物168

6.3.2 玻璃材料处理工艺170

6.3.3 用做环形铁芯的金属玻璃172

6.3.4 超高磁导率的非晶合金174

参考文献176

第7章 磁场矢量反馈178

7.1 概述178

7.2 三轴反馈结构179

7.3 矢量反馈系统181

7.4 矢量反馈系统的稳定性183

参考文献185

第8章 数字式磁强计186

8.1 引言186

8.2 与B场相关的传感器输出信号187

8.3 脉冲整合技术187

8.4 实时二次谐波数字检测与反馈磁强计190

8.5 数字互相关检测与反馈磁通门磁强计192

8.6 检测与控制运算法则195

8.7 阿斯特丽德-2（Astrid-2）卫星磁强计196

8.8 讨论和结论198

参考文献200

第9章 磁强计地面校准201

9.1 校准原理201

9.2 坐标系202

9.3 简单示例203

9.4 校准过程中的磁环境要求206

9.5 线性仪器的参数207

9.6 非线性效应模型214

9.6.1 非线性灵敏度假设214

9.6.2 与方位有关的非线性假设215

9.6.3 无传递函数预备知识时的模型216

9.7 线性模型系数的求解216

9.8 拟合精度估算217

9.9 磁强计的补偿和设备的剩余磁场218

9.9.1 设备补偿和剩余磁场的计算218

9.9.2 补偿和剩余磁场干扰的消除218

9.10 传递函数、系统误差的影响219

9.11 合适试验矢量的选择220

9.11.1 在轴上测量221

9.11.2 长钉球面测量221

参考文献223

第10章 磁强计在轨校准225

10.1 非绝对卫星矢量磁场数据225

10.2 采用绝对标量数据对矢量磁强计进行校准228

10.2.1 基本表达式228

10.2.2 公式扩展231

10.2.3 采用先验估计的迭代求解232

10.3 磁强计姿态校准235

10.3.1 基本表达式236

10.3.2 欧拉角定义的选择238

10.3.3 公式扩展240

10.4 讨论241

参考文献243

第11章 磁强计温度试验设备244

11.1 引言244

11.2 磁屏蔽装置244

11.3 低温试验设备245

11.4 高温试验设备245

11.5 校准线圈248

11.6 试验结果248

第12章 磁洁净度控制指南249

12.1 引言249

12.1.1 指南概述249

12.1.2 主要内容250

12.2 设计方法251

12.2.1 总则251

12.2.2 减小磁性材料磁场的方法251

12.2.3 减小电流产生的杂散磁场的方法251

12.2.4 减小涡流产生磁场的方法252

12.2.5 磁矩管理，硬件分析方法252

12.2.6 屏蔽问题253

12.2.7 批准流程253

12.3 磁洁净度控制254

12.3.1 永磁场和软磁材料磁场254

12.3.2 电流产生的杂散磁场257

12.4 航天器正样件磁试验261

12.4.1 概述261

12.4.2 组件和部件级试验262

12.5 附录A：物理量单位关系264

12.6 附录B：磁洁净航天器磁路设计通用准则264

参考文献267

第13章 常用磁通门磁强计参考文献269