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磁场测量方法的发展及应用

2005年3月电工技术学报Vol.20 No.3 第20卷第3期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Mar. 2005

磁场测量方法的发展及应用

潘启军马伟明赵治华康军

(海军工程大学电力电子技术研究所武汉 430033)

摘要本文对国内外各种磁场测量方法进行了详细总结,并按磁场测量范围将磁场传感器分为低强度、中强度和高强度三类。分析比较了各类磁探测方法的原理、应用范围及其优缺点,为工程上选择合适的磁场传感器提供必要的指导。

关键词:磁场传感器测量方法

中图分类号:TM93

Development and Application of Measurement

Method for Magnetic Field

Pan Qijun Ma Weiming Zhao zhihua Kang jun

(Naval University of Engineering Wuhan 430033 China)

Abstract This paper presents a detailed sum-up of various magnetic field measurement methods.

Magnetic field sensors are sorted into low, medium and high intensity types in terms of different measurement ranges. Both the principles and merits of all kinds of magnetic sensors are analyzed and compared in detail. On balance, the paper provides a beneficial and necessary guidance to select appropriate magnetic sensors in engineering application.

Keywords:Magnetic field,sensors,measurement methods

1引言

最早的磁场探测器已有2000多年的历史,通过感应地球磁场辨识方向或为舰船导航。随着现代科技的进步,磁场传感器的应用越来越广泛,磁场传感技术向着高灵敏度、高分辨率、小型化以及和电子设备兼容的方向发展。文献[1~4]等传感器专著对各类传感器进行了论述,但关于磁场传感器的篇幅不多,介绍不全面。本文在广泛查阅国内外文献的基础上,对磁场传感器进行了系统总结。从应用的观点出发,根据磁场感应范围将磁场传感器分为三类:低强度磁场、中强度磁场及高强度磁场传感器[5]。低强度磁场传感器通常检测1μG以下的磁场;中强度磁场传感器通常检测1μG~10G磁场;高强度磁场传感器检测范围通常在10G以上。2低强度磁场传感器

低强度磁场传感器多用于医学及军事领域,和其他传感器相比,结构要笨重复杂且成本较高。由于目标磁场比地磁场(0.5~0.6G)小得多,并且地磁场的微弱变化均比低强度磁场传感器测量范围大,因此在低强度磁场传感器的设计中必须充分考虑到这种影响。

2.1超导测磁

超导测磁方法是20世纪60年代中期利用超导技术发展起来的一种新型测磁方法。根据目前的仪器设计,其灵敏度可高达7×10?6r,测程可从零到数千高斯,能响应零到几兆甚至到1000MHz的快速磁场变化。

超导测磁方法是利用超导结的临界电流随磁场周期起伏的现象来测磁的。如图1所示,在超导结两端加上电源,电压表V无显示时电流表A显示的电流为超导电流,电压表开始有显示时电流表所显示的电流为临界电流。当加入磁场后,临界电流将

国家自然科学基金委员会创新研究群体科学基金(50421703)、高等学校优秀青年教师教学科研奖励计划基金(教育部人事司2001-182)和国防科技重点实验基金(51447020104)资助项目。

收稿日期 2004-05-09 改稿日期 2005-01-18