專利名稱：一種低頻段磁傳感器本底噪聲測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁傳感器噪聲測量方法，尤其是涉及一種低頻段磁傳感器本底噪聲測量方法，適用于在野外環(huán)境下，或在大型的屏蔽室內(nèi)測量低頻段磁傳感器的本底噪聲。
背景技術(shù)：
放大電路中存在多種噪聲，主要有三種，即熱噪聲、l/f噪聲和散粒噪聲，在設(shè)計(jì)低頻段磁傳感器時(shí)，低頻放大器中l(wèi)/f噪聲尤為明顯，以及磁傳感器的感應(yīng)線圈、磁芯等都會(huì)引入噪聲。為保證低頻段磁傳感器的使用性能，要求傳感器本底噪聲盡量的低，其本底噪聲要比感應(yīng)到的自然電磁場信號(hào)低20dB甚至更多。但在一般的自然環(huán)境下，由于工頻等人文噪聲以及由雷電福射出低頻電磁噪聲的存在，磁傳感器響應(yīng)到的低頻段自然電磁場信號(hào)要比本底噪聲高得多，一般的方法難以測出傳感器的本底噪聲。
現(xiàn)有磁傳感器本底噪聲分析方法，是根據(jù)傳感器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和原理，通過理論分析各設(shè)計(jì)模塊的噪聲，如傳感器感應(yīng)線圈的熱噪聲、磁芯損耗噪聲、前置放大器的噪聲等，從而獲得整個(gè)磁傳感器的噪聲情況。但通過理論分析獲得的磁傳感器背景噪聲準(zhǔn)確性較差，一般比實(shí)際噪聲小，不能準(zhǔn)確判別磁傳感器的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的
一種低頻段磁傳感器本底噪聲測量方法，其特征在于，包括以下步驟
一致性調(diào)整步驟將一號(hào)磁傳感器放置于均勻磁場產(chǎn)生裝置中，并通過向均勻磁場產(chǎn)生裝置依次輸入強(qiáng)度固定、頻率不同以及相同相位的掃頻信號(hào)，并調(diào)整磁傳感器的幅頻響應(yīng)曲線使其與設(shè)計(jì)目標(biāo)曲線一致；將二號(hào)磁傳感器放置于均勻磁場產(chǎn)生裝置中，并通過向均勻磁場產(chǎn)生裝置依次輸入強(qiáng)度固定、頻率不同以及相同相位的掃頻信號(hào)，并調(diào)整磁傳感器的幅頻響應(yīng)曲線使其與設(shè)計(jì)目標(biāo)曲線一致；
本底噪聲差分測量步驟將一號(hào)、二號(hào)磁傳感器水平平行放置后通過一號(hào)、二號(hào)磁傳感器的輸出數(shù)據(jù)得到一號(hào)、二號(hào)磁傳感器的差分輸出，得到傳感器的本底噪聲數(shù)據(jù)；并計(jì)算噪聲的平均功率譜，并通過噪聲的平均功率譜中得到的電壓譜數(shù)據(jù)換算出磁傳感器本底噪聲。本發(fā)明采用將兩根磁傳感器水平平行放置，兩端平齊，當(dāng)傳感器響應(yīng)特性一致時(shí)，傳感器感應(yīng)到同樣的自然水平場信號(hào)，屬于相關(guān)信號(hào)，通過差分方法可去掉自然場信號(hào)，而兩根傳感器的本底噪聲是不相關(guān)的隨機(jī)信號(hào)，差分后的信號(hào)能量為兩根傳感器的噪聲能量之和。通過matlab驗(yàn)證如下，兩個(gè)(0，I)正態(tài)分布隨機(jī)信號(hào)分別為 a=randn(I, 10000) ； b=randn(I, 10000)；
a+b和a-b的標(biāo)準(zhǔn)方差都約等于,噪聲能量為a、b兩隨機(jī)噪聲分量之和。因此，通過輸出信號(hào)的差分可將兩根磁傳感器感應(yīng)到的自然場信號(hào)去除，差分后的信號(hào)為兩傳感器的噪聲能量之和。在上述的一種低頻段磁傳感器本底噪聲測量方法，所述的一致性調(diào)整步驟具體包括以下子步驟
步驟2. 1，將一號(hào)磁傳感器放置于均勻磁場產(chǎn)生裝置中，動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀I向均勻磁場產(chǎn)生裝置輸出強(qiáng)度固定、頻率不同的掃頻信號(hào)，一號(hào)磁傳感器感應(yīng)均勻磁場后的輸出信號(hào)接入動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀I輸入端，動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀I顯示一號(hào)磁傳感器的幅頻響應(yīng)曲線；調(diào)整一號(hào)磁傳感器中前放電路板的電路參數(shù)，使磁傳感器的幅頻響應(yīng)曲線與設(shè)計(jì)目標(biāo)曲線一致；
步驟2. 2，動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀I向均勻磁場產(chǎn)生裝置輸出相同相位的掃頻信號(hào)，一號(hào)磁傳感器響應(yīng)均勻磁場后的輸出信號(hào)送入動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀I輸入端，使用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀I的差分功能，將一號(hào)磁傳感器輸出信號(hào)與動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀I輸出給均勻磁場產(chǎn)生裝置的掃頻信號(hào)差分，動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀I顯示一號(hào)磁傳感器的相頻響應(yīng)曲線；調(diào)整一號(hào)磁傳感器中前·放電路板的電路參數(shù)，使磁傳感器的相頻響應(yīng)曲線與設(shè)計(jì)目標(biāo)曲線一致；
步驟2. 3，將二號(hào)磁傳感器放置于均勻磁場產(chǎn)生裝置中，動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀I向均勻磁場產(chǎn)生裝置輸出強(qiáng)度固定、頻率不同的掃頻信號(hào)，二號(hào)磁傳感器感應(yīng)均勻磁場后的輸出信號(hào)接入動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀I輸入端，動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀I顯示二號(hào)磁傳感器的幅頻響應(yīng)曲線；調(diào)整二號(hào)磁傳感器中前放電路板的電路參數(shù)，使磁傳感器的幅頻響應(yīng)曲線與設(shè)計(jì)目標(biāo)曲線一致；
步驟2. 4，動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀I向均勻磁場產(chǎn)生裝置輸出相同相位的掃頻信號(hào)，二號(hào)磁傳感器響應(yīng)均勻磁場后的輸出信號(hào)送入動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀I輸入端，使用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀I的差分功能，將二號(hào)磁傳感器輸出信號(hào)與動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀I輸出給均勻磁場產(chǎn)生裝置的掃頻信號(hào)差分，動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀I顯示二號(hào)磁傳感器的相頻響應(yīng)曲線；調(diào)整二號(hào)磁傳感器中前放電路板的電路參數(shù)，使磁傳感器的相頻響應(yīng)曲線與設(shè)計(jì)目標(biāo)曲線一致。在上述的一種低頻段磁傳感器本底噪聲測量方法，所述具體包括以下子步驟 步驟3. 1，將一號(hào)、二號(hào)磁傳感器水平平行放置，兩傳感器距離為2 2. 5米，記錄一號(hào)、
二號(hào)磁傳感器的輸出數(shù)據(jù)分別為Hx (n)、Hy (η),得到一號(hào)、二號(hào)磁傳感器的差分輸出C(n)=Hx (η) — Hy (η) ；η表示一號(hào)、二號(hào)磁傳感器輸出數(shù)據(jù)的點(diǎn)數(shù)；
步驟3. 2，計(jì)算噪聲的平均功率譜將差分?jǐn)?shù)據(jù)C(n)分段求功率譜密度，η點(diǎn)的有限長序列C (η)，分成L段數(shù)據(jù)，分別計(jì)算每一段數(shù)據(jù)的瞬時(shí)功率譜P(f)，求出所有L段數(shù)據(jù)功率
譜的平均值PmCD，即
權(quán)利要求
1.一種低頻段磁傳感器本底噪聲測量方法，其特征在于，包括以下步驟 一致性調(diào)整步驟將一號(hào)磁傳感器放置于均勻磁場產(chǎn)生裝置中，并通過向均勻磁場產(chǎn)生裝置依次輸入強(qiáng)度固定、頻率不同以及相同相位的掃頻信號(hào)，并調(diào)整磁傳感器的幅頻響應(yīng)曲線使其與設(shè)計(jì)目標(biāo)曲線一致；將二號(hào)磁傳感器放置于均勻磁場產(chǎn)生裝置中，并通過向均勻磁場產(chǎn)生裝置依次輸入強(qiáng)度固定、頻率不同以及相同相位的掃頻信號(hào)，并調(diào)整磁傳感器的幅頻響應(yīng)曲線使其與設(shè)計(jì)目標(biāo)曲線一致； 本底噪聲差分測量步驟將一號(hào)、二號(hào)磁傳感器水平平行放置后通過一號(hào)、二號(hào)磁傳感器的輸出數(shù)據(jù)得到一號(hào)、二號(hào)磁傳感器的差分輸出，得到傳感器的本底噪聲數(shù)據(jù)；并計(jì)算噪聲的平均功率譜，并通過噪聲的平均功率譜中得到的電壓譜數(shù)據(jù)換算出磁傳感器本底噪聲。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低頻段磁傳感器本底噪聲測量方法，其特征在于，所述的一致性調(diào)整步驟具體包括以下子步驟 步驟2. 1，將一號(hào)磁傳感器放置于均勻磁場產(chǎn)生裝置中，動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀向均勻磁場產(chǎn)生裝置輸出強(qiáng)度固定、頻率不同的掃頻信號(hào)，一號(hào)磁傳感器感應(yīng)均勻磁場后的輸出信號(hào)接入動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀輸入端，動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀顯示一號(hào)磁傳感器的幅頻響應(yīng)曲線；調(diào)整一號(hào)磁傳感器中前放電路板的電路參數(shù)，使磁傳感器的幅頻響應(yīng)曲線與設(shè)計(jì)目標(biāo)曲線一致；步驟2. 2，動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀向均勻磁場產(chǎn)生裝置輸出相同相位的掃頻信號(hào)，一號(hào)磁傳感器響應(yīng)均勻磁場后的輸出信號(hào)送入動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀輸入端，使用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀的差分功能，將一號(hào)磁傳感器輸出信號(hào)與動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀輸出給均勻磁場產(chǎn)生裝置的掃頻信號(hào)差分，動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀顯示一號(hào)磁傳感器的相頻響應(yīng)曲線；調(diào)整一號(hào)磁傳感器中前放電路板的電路參數(shù)，使磁傳感器的相頻響應(yīng)曲線與設(shè)計(jì)目標(biāo)曲線一致； 步驟2. 3，將二號(hào)磁傳感器放置于均勻磁場產(chǎn)生裝置中，動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀向均勻磁場產(chǎn)生裝置輸出強(qiáng)度固定、頻率不同的掃頻信號(hào)，二號(hào)磁傳感器感應(yīng)均勻磁場后的輸出信號(hào)接入動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀輸入端，動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀顯示二號(hào)磁傳感器的幅頻響應(yīng)曲線；調(diào)整二號(hào)磁傳感器中前放電路板的電路參數(shù)，使磁傳感器的幅頻響應(yīng)曲線與設(shè)計(jì)目標(biāo)曲線一致；步驟2. 4，動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀向均勻磁場產(chǎn)生裝置輸出相同相位的掃頻信號(hào)，二號(hào)磁傳感器響應(yīng)均勻磁場后的輸出信號(hào)送入動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀輸入端，使用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀的差分功能，將二號(hào)磁傳感器輸出信號(hào)與動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀輸出給均勻磁場產(chǎn)生裝置的掃頻信號(hào)差分，動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀顯示二號(hào)磁傳感器的相頻響應(yīng)曲線；調(diào)整二號(hào)磁傳感器中前放電路板的電路參數(shù)，使磁傳感器的相頻響應(yīng)曲線與設(shè)計(jì)目標(biāo)曲線一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低頻段磁傳感器本底噪聲測量方法，其特征在于，所述具體包括以下子步驟 步驟3. 1，將一號(hào)、二號(hào)磁傳感器水平平行放置，兩傳感器距離為2 2. 5米，記錄一號(hào)、二號(hào)磁傳感器的輸出數(shù)據(jù)分別為Hx (n)、Hy (η),得到一號(hào)、二號(hào)磁傳感器的差分輸出C(n)=Hx (η) — Hy (η) ;η表示一號(hào)、二號(hào)磁傳感器輸出數(shù)據(jù)的點(diǎn)數(shù)； 步驟3. 2，計(jì)算噪聲的平均功率譜將差分?jǐn)?shù)據(jù)C(n)分段求功率譜密度，η點(diǎn)的有限長序列C(n)，分成L段數(shù)據(jù)，分別計(jì)算每一段數(shù)據(jù)的瞬時(shí)功率譜P(f)，求出所有L段數(shù)據(jù)功率譜的平均值，即
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低頻段磁傳感器本底噪聲測量方法，適用于在野外環(huán)境下，或在大型的屏蔽室內(nèi)測量低頻段磁傳感器的本底噪聲。分別調(diào)整兩根磁傳感器的幅頻和相頻響應(yīng)特性為一致，兩傳感器距離2~2.5米水平平行放置，兩端平齊，傳感器感應(yīng)到同樣的自然水平場信號(hào)，屬于相關(guān)信號(hào)，通過差分方法可去掉自然場信號(hào)，而兩根傳感器的本底噪聲是不相關(guān)的隨機(jī)信號(hào)，差分后的信號(hào)能量為兩根傳感器的噪聲能量之和。計(jì)算差分后信號(hào)的平均功率譜，平均功率譜除以2并開方，依據(jù)磁傳感器的輸出靈敏度換算出單根傳感器的本底噪聲。本發(fā)明可準(zhǔn)確測得低頻段磁傳感器在響應(yīng)帶寬內(nèi)的本底噪聲，相比理論分析方法，能更加準(zhǔn)確地反映磁傳感器的實(shí)際噪聲水平。
文檔編號(hào)G01R29/26GK102944765SQ201210500819
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者張楊勇, 李文彬, 劉小林, 范育兵, 周志宇 申請(qǐng)人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七二二研究所