软磁磁芯噪声的估算方法

本公开涉及磁传感器性能检测领域，具体涉及一种软磁磁芯噪声的估算方法。

背景技术：

1、磁通门磁场传感器是一种矢量磁传感器，可以通过解调激励谐波附近的变化来测量准静态和低频交流磁场，通常由软磁磁芯、激励线圈、感应线圈和激励解调电路组成。经研究发现，传感器噪声源的来源可分为软磁磁芯、铜线圈和电路三部分，而主要噪声源来自于软磁磁芯噪声，相比之下，线圈的热噪声和电路噪声可以忽略。但是，软磁磁芯内部的噪声估算多年来并没有类似热噪声或电路噪声等形成清晰明了并且包含具体物理意义的解析表达式，由此引发磁通门传感器无法形成有效的优化算法。也因此，在针对软磁磁芯材料的优化进程中，缺少评价指标，无法衔接材料研发和传感器设计。

技术实现思路

1、（一）要解决的技术问题

2、鉴于上述问题，本公开提供了一种软磁磁芯噪声的估算方法，以至少部分解决目前由于缺乏明确的软磁磁芯噪声的估算方法导致的磁通门传感器优化难度大、性能不稳定、以及在实际应用中难以准确预测和降低噪声水平等技术问题。

3、（二）技术方案

4、本公开提供了一种软磁磁芯噪声的估算方法，包括：获取软磁磁芯，所述软磁磁芯上缠绕有激励线圈；扫频测量所述激励线圈在自然地磁场下的阻抗值，确定所述阻抗值出现峰值时的峰值频率点；在不同的直流偏置磁场下，沿所述软磁磁芯的轴线方向测量所述峰值频率点处所述激励线圈的电感值和电阻值，分别得到所述软磁磁芯的不饱和电感值和电阻峰值；基于所述不饱和电感值和所述电阻峰值，得到所述软磁磁芯的等效噪声。

5、根据本公开的实施例，所述方法还包括：将不同的直流偏置磁场下的电感值采用高次多项式进行拟和，得到所述电感值的微分值；比较不同的直流偏置磁场下所述微分值的大小，确定所述微分值达到最大时对应的直流偏置磁场为最优激励磁场；利用所述最优激励磁场，将所述软磁磁芯激励为饱和磁化状态。

6、根据本公开的实施例，所述软磁磁芯的材料包括坡莫合金、非晶及纳米晶中的一种。

7、根据本公开的实施例，所述方法还包括：使用电磁铁将所述自然地磁场平衡为零，以施加不同的直流偏置磁场在所述软磁磁芯上。

8、根据本公开的实施例，所述方法还包括：将所述软磁磁芯的退火温度设置为不同的预设值，在各所述退火温度下对所述软磁磁芯进行测量。

9、根据本公开的实施例，所述方法还包括：测量所述激励线圈的直流电阻，并基于所述直流电阻和所述电阻峰值，确定所述激励线圈的噪声功率谱密度。

10、根据本公开的实施例，所述基于所述直流电阻和所述电阻峰值，确定所述激励线圈的噪声功率谱密度的公式如下：

11、

12、其中，vnoise表示所述噪声功率谱密度，k表示玻尔兹曼常数，t表示绝对温度，rind表示所述电阻峰值，rg表示所述激励线圈的直流电阻。

13、根据本公开的实施例，所述方法还包括：基于所述不饱和电感值，计算得到所述激励线圈的感应电压与外磁场的转换系数的公式如下：

14、

15、其中，fs表示所述转换系数，f表示所述峰值频率点，k1表示第一常数，lp表示所述不饱和电感值。

16、根据本公开的实施例，所述基于所述不饱和电感值和所述电阻峰值，得到所述软磁磁芯的等效噪声的公式如下：

17、

18、其中，bnoise表示所述软磁磁芯的等效噪声，vnoise表示所述噪声功率谱密度，fs表示所述转换系数，k2表示第二常数，rind表示所述电阻峰值，rg表示所述激励线圈的直流电阻，lp表示所述不饱和电感值。

19、根据本公开的实施例，所述方法还包括：利用所述软磁磁芯制作磁通门传感器，测量所述磁通门传感器的转换灵敏度；将所述磁通门传感器置于屏蔽室中心，并测量所述磁通门传感器输出电压的噪声谱密度值；通过计算所述噪声谱密度值与所述转换灵敏度的比值，得到所述软磁磁芯的噪声与频率的关系；基于所述软磁磁芯的噪声与频率的关系，检查与估算的所述等效噪声的一致性。

20、（三）有益效果

21、本公开提供的软磁磁芯噪声的估算方法，通过对软磁磁芯和紧密缠绕在软磁磁芯上的激励线圈的阻抗特性进行分析，估算传感器等效输入磁场噪声，并形成完整有效的噪声估算方法，从而不仅为磁通门传感器的设计和优化提供了重要的参考依据，而且为提升传感器性能指明了方向。

技术特征：

1.一种软磁磁芯噪声的估算方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的软磁磁芯噪声的估算方法，其特征在于，所述方法还包括：

3.根据权利要求1所述的软磁磁芯噪声的估算方法，其特征在于，所述软磁磁芯的材料包括坡莫合金、非晶及纳米晶中的一种。

4.根据权利要求1所述的软磁磁芯噪声的估算方法，其特征在于，所述方法还包括：

5.根据权利要求1所述的软磁磁芯噪声的估算方法，其特征在于，所述方法还包括：

6.根据权利要求1所述的软磁磁芯噪声的估算方法，其特征在于，所述方法还包括：

7.根据权利要求6所述的软磁磁芯噪声的估算方法，其特征在于，所述基于所述直流电阻和所述电阻峰值，确定所述激励线圈的噪声功率谱密度的公式如下：

8.根据权利要求6所述的软磁磁芯噪声的估算方法，其特征在于，所述方法还包括：

9.根据权利要求8所述的软磁磁芯噪声的估算方法，其特征在于，所述基于所述不饱和电感值和所述电阻峰值，得到所述软磁磁芯的等效噪声的公式如下：

10.根据权利要求1所述的软磁磁芯噪声的估算方法，其特征在于，所述方法还包括：

技术总结本公开提供了一种软磁磁芯噪声的估算方法，包括：获取软磁磁芯，软磁磁芯上缠绕有激励线圈；扫频测量激励线圈在自然地磁场下的阻抗值，确定阻抗值出现峰值时的峰值频率点；在不同的直流偏置磁场下，沿软磁磁芯的轴线方向测量峰值频率点处激励线圈的电感值和电阻值，分别得到软磁磁芯的不饱和电感值和电阻峰值；基于不饱和电感值和所述电阻峰值，得到软磁磁芯的等效噪声。技术研发人员：闫彬,方广有,朱万华受保护的技术使用者：中国科学院空天信息创新研究院技术研发日：技术公布日：2024/9/26