一种球面型三轴磁通门探头的制作方法

本发明涉及磁探头技术领域，特别是涉及一种球面型三轴磁通门探头。

背景技术：

磁测技术的原理是通过周期性的交变磁场使得磁芯周期性地处于磁饱和状态，利用磁芯对激励磁场的调制作用将环境磁场转化为电信号输出。通过对感应电动势的分析确定环境磁场的大小。

目前磁探头的磁芯主要有环形磁芯、单棒型磁芯和双棒型磁芯三种结构。采用单棒型磁芯，检测绕线不仅会有环境磁场被调制后的感应电动势，还会存在变压器效应感应电动势。变压器效应感应电动势成为磁探头噪声，强度足够大，甚至会淹没有效的感应电动势。采用双棒型磁芯，通过两个棒型磁芯上绕置方向相反的激磁绕线，可消除变压器效应感应电动势，但只能检测单方向的磁场强度。采用环形磁芯，性能较单棒型磁芯和双棒型磁芯好，但只能检测单方向的磁场强度。

上述三种结构的磁芯使用时均是由沿x、y、z轴方向的三个相同结构的分立磁芯构成，由于磁芯必须位于检测绕线的中心处，分立磁芯无法满足要求，勉强放置会导致环境磁场的三分量相互影响，降低磁探头的准确度。

公布号为cn102928885a的专利公开了一种“球形反馈三分量磁通门磁梯度全张量探头”，该专利的磁梯度仪采用球状反馈绕线骨架表面开槽的方式绕置反馈绕线，各轴绕线槽的槽宽相同，各槽绕置多匝线圈，槽间距相同。由于各槽内绕置的线圈匝数为多匝，因此存在匝间和电缆旁路电容以及线圈间绕置并非理想的叠层平铺式等问题，使得三轴的检测绕线采集到的感应脉冲不理想，降低了磁测的准确度。该专利的球状反馈绕线骨架通过赤道面切分成两半，使用时再粘合起来，长期使用后两半球粘合处容易存在空隙，导致两半球靠近赤道面的绕线槽之间的间距大于设计的槽间距，使得反馈磁场的分布规律更加复杂，降低了反馈磁测的可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能提高磁测稳定度和准确度的球面型三轴磁通门探头。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种球面型三轴磁通门探头，包括无磁球芯、激磁绕线、检测绕线骨架、检测绕线、反馈绕线骨架和反馈绕线，激磁绕线绕置在无磁球芯上，检测绕线绕置在检测绕线骨架上，反馈绕线骨架呈球形，其上刻有多条等宽、等高且不等深的三轴绕线槽，反馈绕线绕置在三轴绕线槽内，其特征在于：

所述无磁球芯是由三个可导磁的正方体环沿x轴、y轴、z轴方向相互正交形成；所述检测绕线骨架上加工有沿x轴、y轴、z轴方向且相互正交的凹槽，检测绕线绕置在凹槽内，无磁球芯安装在检测绕线骨架的内腔中；所述反馈绕线骨架内部开有沿x轴、y轴、z轴方向的通孔，通孔的两端安装有可拆卸球盖，检测绕线骨架安装在反馈绕线骨架内且位于中心处；

所述无磁球芯、检测绕线骨架和反馈绕线骨架的x轴、y轴、z轴同轴。

进一步地，所述可拆卸球盖的外端面为平面。

进一步地，所述三轴绕线槽均沿各自的赤道面对称设置。

进一步地，所述反馈绕线为单匝线圈。

本发明具有如下效果：

(1)三个正方体环正交构成的无磁球芯提高了磁探头磁测的精度；

(2)球状的反馈绕线产生的磁场均匀度较高、均匀范围较大，有利于提高磁探头磁测的准确度以及稳定度。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为图1的a—a剖视图。

图3为本发明无磁球芯的结构示意图。

图4为本发明检测绕线骨架的结构示意图。

附图标记：1、无磁球芯；2、检测绕线骨架；21、凹槽；3、反馈绕线骨架；31、可拆卸球盖；32、绕线槽；33、通孔。

具体实施方式

实施例

如图1～图4所示，本发明包括无磁球芯1、检测绕线骨架2、反馈绕线骨架3、以及激磁绕线、检测绕线和反馈绕线，所述无磁球芯1是由三个正方体环沿x轴、y轴、z轴方向相互正交形成，三个正方体环均由导磁薄片压制而成且厚度和大小相同，无磁球芯1上绕置有多匝激磁绕线。

所述检测绕线骨架2上加工有沿x轴、y轴、z轴方向且相互正交的凹槽21，检测绕线绕置在凹槽21内，无磁球芯1安装在检测绕线骨架2的内腔中，无磁球芯1和检测绕线骨架2的x轴、y轴、z轴同轴。

所述反馈绕线骨架3呈球形，反馈绕线骨架3上刻有多条等宽、等高、且不等深的三轴绕线槽32(x、y、z三轴绕线槽相互正交)，各绕线槽32分别沿各自的赤道面(赤道面是指与轴垂直且直径最大的那个圆面)对称设置，反馈绕线为单匝线圈，且反馈绕线绕置在绕线槽32内，采用单匝线圈可规避电容以及线圈缠绕方式等不可控因素的影响，使检测绕线采集到的感应脉冲更理想，从而提高磁测的准确度。本发明还在反馈绕线骨架3内部开有沿x轴、y轴、z轴方向的通孔33，通孔33的两端安装有可拆卸球盖31，检测绕线骨架2(内腔中已安装了无磁球芯1)可通过打开可拆卸球盖31后从通孔33放入至反馈绕线骨架3的中心处。可拆卸球盖31的外端面为平面，可保证磁探头工作时姿态稳定，并可在绕线骨架2放入反馈绕线骨架3时作为基台，以方便绕线骨架2放入。检测绕线骨架2和反馈绕线骨架3的x轴、y轴、z轴同轴。

本发明所采用的上述反馈绕线绕置方式使磁测系统构成闭环系统，反馈绕线产生均匀反馈磁场，使无磁球芯1工作在零场状态，提高了磁测的线性度和稳定度。球面型结构的反馈绕线又使所产生的磁场均匀范围更大，可提高环境磁场测量的准确度。

本发明所采用的无磁球芯1的磁化方向是沿正方体环的方向，即沿正方体环的4个边的方向，在磁导通的状态下，无磁球芯1上沿x轴、y轴、z轴设置的三个正方体环的4个边的导磁薄片聚集环境磁场的磁力线，使无磁球芯1的聚磁效果更强，检测绕线内的磁感应强度也就更强。在磁饱和状态下，无磁球芯1上沿x轴、y轴、z轴设置的三个正方体环的4个边扩散环境磁场的磁力线，使无磁球芯1的散磁效果更强，检测绕线内的磁感应强度也就更弱，从而检测绕线产生的四个感应脉冲信号更强、更精确，进一步提高了环境磁场测量的精度。

本发明的工作原理及工作过程是：

以一定频率的方波电压激励激磁绕线，使无磁球芯1的磁导率在磁导通和磁饱和两种状态间进行周期性转变。在磁导通状态下，无磁球芯1的磁导率较高，磁力线向无磁球芯1处聚集，检测绕线内的磁感应强度变强；在磁饱和状态下，无磁球芯1的磁导率接近于空气的磁导率，磁力线从无磁球芯1处散开，使检测绕线内的磁感应强度变弱。在方波电压的一个激磁周期内，检测绕线内的磁感应强度变化四次，使得检测绕线产生四个感应脉冲，四个感应脉冲的幅值取决于环境磁场。将沿x轴、y轴、z轴的检测绕线采集到的感应脉冲经过放大和相敏整流电路处理，并将处理后的电压值作为沿x轴、y轴、z轴的反馈绕线的反馈电流，可使反馈绕线产生的磁场抵消环境磁场，反馈绕线的电压值决定了环境磁场大小。

以上所述仅是本发明优选的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明所提供的技术方案和发明构思进行的改造和替换都应涵盖在本发明的保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种球面型三轴磁通门探头，包括无磁球芯、激磁绕线、检测绕线骨架、检测绕线、反馈绕线骨架和反馈绕线，所述无磁球芯是由三个正方体环沿三轴方向相互正交形成；所述检测绕线骨架上加工有沿三轴方向且相互正交的凹槽，检测绕线绕置在凹槽内，无磁球芯安装在检测绕线骨架的内腔中；所述反馈绕线骨架内部开有沿三轴方向的通孔，通孔上安装有可拆卸球盖，检测绕线骨架安装在反馈绕线骨架内且位于中心处；所述无磁球芯、检测绕线骨架和反馈绕线骨架的三轴同轴。本发明球状的反馈绕线产生的磁场均匀度较高、均匀范围较大，有利于提高磁探头磁测的准确度以及稳定度，三个正方体环正交构成的无磁球芯可提高磁探头磁测的精度。

技术研发人员：张跃;王绪本;高嵩;曹彬;李志鹏;王宽厚
受保护的技术使用者：北京纳特斯拉科技有限公司;成都理工大学;陕西航晶微电子有限公司
技术研发日：2017.06.15
技术公布日：2017.11.17