高精度微弱磁场信号采集系统的设计与实现

微弱磁场测量是研究物质特性和探索未知世界的重要手段之一。实现高精度的微弱磁场信号测量需要设计高精度的信号采集系统,而以模拟量输出的磁强计通常需要数字采集系统进行模/数转换。为此,文章设计开发基于Σ-Δ型模/数转换器(ADC)的高精度微弱磁场信号采集系统,包括系统硬件电路设计和系统核心控制器FPGA的功能设计,实现了FPGA对ADC的读写控制,以及ADC输出数据的接收和发送等。性能测试结果表明,该系统的有效采样位数可接近理论值(21位),输出噪声RMS值为1.9μV,磁场测量精度满足0.1 nT要求。     

相位检测误差对核磁共振陀螺输出频率的影响

针对核磁共振陀螺中采用相位检测方案时可能引起额外频率误差的问题,提出了通过控制电子顺磁共振失谐量及静磁场扰动来抑制额外频率误差的方案。基于Bloch方程,推导了惰性气体原子系综输出频率的表达式,并将相位检测的过程包含在内。建立了考虑相位检测误差的核磁共振陀螺频率误差方程,给出了相位检测引入的额外频率误差表达式并进行了数值仿真。仿真结果表明,通过设定合适的共振失谐量,其额外频率误差至少可以抑制1个数量级,而通过精确地抑制静磁场的一阶及二阶扰动,可以进一步抑制1～3个数量级,将额外频率误差降低到nHz量级。     

利用人工神经网络快速计算木星系磁坐标

在木星辐射带研究中，从地理坐标向磁坐标的准确转换是建模基础.以往的建模中，磁壳参数L值的计算基于磁偶极场假设，该方法精确度较差.结合最新的高精度木星磁场模型JRM09，本文提出基于磁力线追踪法的木星磁坐标计算方法，并分析其合理性和必要性.要求精确度较高时，磁力线追踪法计算耗时很长.本文在磁力线追踪法的基础上进行改进，提出基于人工神经网络的磁坐标快速计算方法.该方法包括分类器和拟合器.分类器基于Adaboost算法的BP神经网络，用于预测某地理坐标是否在内磁层，如果在内磁层，则用拟合器计算L值.拟合器采用遗传算法优化BP神经网络.结果表明，分类器的分类错误率在3%以内，而拟合器的预测误差在7%以内.以Juno号一圈探测轨道为例，利用神经网络的磁坐标计算法比磁力线追踪计算法速度快3个数量级以上.基于人工神经网络的磁坐标快速计算方法可用于未来木星辐射带的研究.      

基于马鞍形磁场的永磁直线电机位置解算方法

针对直线电机转子位置检测低成本和较高精度的要求,提出了一种基于马鞍形磁场来获得位置信息的方法及实现过程。分析了永磁体表面的磁场分布特征,指出了利用马鞍形磁场分布曲线来解算位置信息的优点,提出了根据马鞍形磁场推算位置信息的算法流程:先测得错开相位的2条马鞍形曲线数据,划分为4个象限后建立数据库；位置检测时,运用区间搜索算法寻得实际角度所在区间；再根据精度要求,采用合适的插值算法计算得到待解算的角度。仿真结果表明:基于马鞍形磁场的位置解算,能较好地得到直线电机转子的位置信息。     

从开普勒到“开普勒”

约翰内斯·开普勒破解了太阳系中行星的运动。现在以他名字命名的一个探测器则正在搜寻其他的行星系统。2009年3月6日,一枚联合发射同盟公司的德尔它Ⅱ型火箭从美国佛罗里达州的卡纳维拉尔角呼啸着直插夜空。它上面携带了一个不大不小的载荷,从技术上讲是一架1米的施密特望远镜和42个电荷耦合器件(CCD)——开普勒空间望远镜(下文简称"开普勒")。它将要探测的     

“朱诺”号踏上木星探测征程

美国东部时间8月5日12时25分,重达4t的＂朱诺＂号木星探测器在＂阿特拉斯5＂型火箭的托举下,奔向茫茫太空。按照计划,该探测器经过5年长达32亿km的漫漫征途后,将于2016年7月抵达太阳系最大行星——木星的轨道。此后,它将在木星辐射带中运行一年,围绕木星极地飞行33圈,了解木星是否存在水和固体内核,并研究其内部构造、大气、极光和磁场等。     

有关地磁暴的若干问题

问：地磁暴是什么原因引起的？答：太阳正处于11年活动周期的高峰期。这就意味着太阳表面活跃着相当数量的可见黑子。太阳黑子看起来像太阳的雀斑。实际上是太阳表面强烈的磁场活动的区域。这些黑子群能成为耀斑爆发和日冕物质抛射的来源。其中日冕物质抛射即太阳日冕中的带电粒子瞬时向外喷射的现象。     

磁屏蔽霍尔推力器磁场设计及实验验证

磁屏蔽能够有效减缓等离子体对霍尔推力器放电室壁面的腐蚀,是延长推力器寿命的有效途径,可以将霍尔推力器的寿命提高至满足长寿命航天任务要求的水平,有巨大的发展潜力。对磁屏蔽技术原理进行了分析,以口径120 mm的霍尔推力器为对象进行了磁场设计和验证实验。提出了一种壁面磁力线向阳极弯曲程度最大且与壁面尽量不相交的磁场构形,是该实验样机壁面磁力线等势程度最高的构形,10 h点火后磁屏蔽构形壁面腐蚀状况与传统构形壁面相比,全部壁面被沉积的黑色物质覆盖,显著减少了离子对放电室壁面的腐蚀。验证了该磁屏蔽磁场构形的显著效果,并对该磁屏蔽霍尔推力器的性能进行了初步研究,阳极流量62 sccm、放电电压300 V下的最优效率为54.23%,对应的羽流状态为"长筒状"。     

磁场对高电压霍尔推力器性能影响研究

为研究磁场构型、磁场强度对高电压霍尔推力器主要性能的影响机理,以HET-200推力器为对象,采用固定磁场构型和不固定磁场构型两种方案进行实验研究。结果表明,在不固定构型的情况下增强磁场,放电电流存在两个极小值,效率也存在相应的两个极大值;但当固定磁场构型时,则放电电流只有一个最小值,效率也只有一个最大值。以最优效率下的磁场构型为基准,获得了磁场与电压、磁场与流量的匹配关系分别为B_(r, max)∝V~(0.7),B_(r, max)∝m。     

热处理对FeCo-2V-0.5Cr软磁合金力学与磁学性能的影响

针对FeCo-2V-0.5Cr软磁合金,研究了真空热处理时间对其微观组织结构、力学与磁学性能的影响规律,发现在800℃下热处理时间为2h左右时,合金的抗拉强度和延伸率达到最佳,同时仍保持良好的软磁性能,抗拉强度、延伸率以及矫顽力分别为867.8MPa、10.4%以及2.0Oe。进一步对该合金进行附加磁场下的真空热处理,重点研究了合金的交流损耗与矫顽力随附加磁场方式包括磁场撤除温度与磁场下保温时间的变化规律,发现适当的磁场热处理对合金相关力学性能影响不大,但由于合金中产生了单轴各向异性而使合金矫顽力进一步降至1.6Oe。