基于跨阻抗前置放大器的宽频带感应式磁传感器的设计与验证OA北大核心CSTPCD
Design and Verification of Wide-band Search Coil Magnetometer Based on Transimpedance Preamplifier
本文建立了一种基于跨阻抗前置放大器的磁传感器信号传递模型,并在该模型的基础上推导出磁传感器的灵敏度和噪声理论值.根据理论推导的结果,进一步研究了感应式磁传感器设计方法,以带宽0.01~10 kHz,噪声1 fT·Hz-1/2(1~10 kHz)作为设计目标设计了一个感应式磁传感器,并对这一传感器进行了性能验证试验.在处理频率响应测试数据时设计了一种基于信号调制的处理方法,有效提取特定频率得到幅值和相位,并降低了随机噪声的干扰,磁传感器-3 dB带宽达到了 0.01~10 kHz.在评估传感器噪声时,采用双探头差分的方法消除了环境的干扰,设计了相位差分析的评估方法,确认在哪些频带双探头探测的信号是同源的,在这些频带采用差分法评估是有效的.评估的结果是,传感器在1~10 kHz实现了1 fT·Hz-1/2 噪声水平.
The search coil magnetometer is widely used in space exploration and geological prospect-ing due to its high sensitivity and low noise level.This study presents a search coil sensor based on a transimpedance preamplifier to achieve a wide frequency bandwidth.The sensor directly connects the output signal of the inductive coil to the transimpedance preamplifier,which converts the AC magnetic field signal into an electrical signal.A signal transfer model of a magnetic sensor based on a tran-simpedance preamplifier is established,and the theoretical formula for sensitivity and noise is deduced.The search coil sensor is designed and developed using this formula to achieve a bandwidth of 0.01~10 kHz and a noise level of 1 fT·Hz-1/2 at 1~10 kHz.A signal modulation method evaluates the sensor's performance for efficient amplitude and phase extraction at a specific frequency.The dual sensor differ-ential method eliminates environmental interference during sensor noise assessment,and a phase differ-ence analysis evaluates the homologous frequency bands of signals detected by two probes.As a result,the sensor achieves a 1 fT·Hz-1/2 noise level in the 1 kHz to 10 kHz range.
周斌;薛永亮;陶然;程炳钧;王子栋;张海波;吴新哲
中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室 北京 100190||中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气重点实验室 北京 100190中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室 北京 100190||中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气重点实验室 北京 100190||中科飞特(山东)科技有限公司 聊城 250003中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室 北京 100190||中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气重点实验室 北京 100190||中国科学院大学 北京 100049宜昌测试技术研究所 宜昌 100101
感应式磁传感器搜索线圈跨阻抗放大器传递函数噪声数据处理
Inductive magnetic sensorSearch coilTransimpedance amplifierTransfer functionNoiseData processing
《空间科学学报》 2024 (001)
169-177 / 9
民用航天技术预先研究项目资助(D050103)
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