脉冲电磁场测量方法研究

本文首先对利用电磁感应法测量磁场进行了简要的介绍，并且对其注意事项与设计做了一定分析。根据实际条件，对模块的电感外侧磁场进行了测量，并且获得了磁场测试的结果。为后续的线圈探头设计提供了试验数据。

【关键词】脉冲电源模块 磁场测量 线圈探头

磁场测量是研究与磁现象有关的物理过程的一种重要手段。磁测量技术的发展和应用有着悠久的历史。自16世纪末期就开始使用的利用磁力为原理的测量方法，到现在广泛使用的电磁感应法和电磁效应法。目前比较成熟的磁场测试方法主要有以下几种：磁力法、电磁感应法、磁饱和法、电磁效应法、磁共振法、超导效应法和磁光效应法。

电磁感应法是利用电磁感应定律来测试磁场的方法，当一个线圈置于变化的磁场中时，当耦合与线圈的磁通发生变化时，在线圈上就会感应出响应的电压，因此，只要测试出对应的电压大小，就可以通过一定的转换方法，获得对应的磁场大小。电磁感应法一般利用具有一定面积的线圈作为探头，因此理论上不能算真正的点磁场测试，一般将线圈面积内的磁场平均值来表征线圈中心点的磁场。

1 电磁感应法测量原理

则当线圈的几何尺寸满足上述关系时，线圈的总磁通量φ只与其中心点处的磁场相关，此时所测得的是线圈中心的“点”磁场值，其方向与线圈轴向平行。

2.2 线圈常数的确定

利用满足一定尺寸要求的感应式磁传感器测量空间“点”磁场，线圈常数是个很重要的概念，

当感应线圈的几何尺寸和匝数设计确定后，线圈常数也就定了，但在实际设计尺寸时，应综合考虑L/D 和NS 值，保证实现“点”磁场测量传感器的最优化设计。

3 电磁感应法脉冲磁场测量系统

3.1 测量系统

利用电磁感应法进行磁场测量时，测试系统主要包含以下几个部分，主要由线圈探头，连接线以及采集系统组成。

线圈探头是由导线绕制，由于仅为观察线圈探头测量磁场对于电流的跟随效果，故在线圈探头设计时并未做过多考究，其参数如下：线圈匝数8匝、外径15.20mm、内径11.48mm、长15.30mm、导线直径为1.64mm，如图2所示。

3.2 试验布置

利用电磁感应法测量磁场时，因为线圈探头有一定的体积，故为了更好的测量到“点”磁场，需将线圈探头正对电感器中心处，并妥善固定。线圈探头固定位置如图3所示，试验布置如图4所示：

3.3 试验数据

（1）示波器所测得的波形如图5至图6所示（其中CH1为线圈测得信号，CH2为电流信号）：

（2）将线圈测得的信号积分后，所获得的波形如图7至图8所示：

由于示波器测得的信号存在一定的偏置，其中线圈测得信号大约有-0.02的偏置，电流信号大约有-0. 8的偏置，故对其做了相应处理。在积分前，在EXCEL表格中，分别对线圈信号数据+0.02，对电流信号数据+0. 8。

3.4 试验结果分析

虽然只是简单绕的线圈，但是通过测量的结果可以明显看出，其相对于电流的跟随性良好，并且也没有出现负值。总体来说，其波形满足要求，但是线圈探头的标定仍是一个难点。

有一点值得注意的地方，在线圈测量的dB/dt波形中，同样可以发现有个向下的负脉冲，但是由于数据还要再次经过积分，所以该负脉冲的影响并不明显，并未影响到积分后磁场波形的变化。并且，通过对比第一次试验霍尔探头测量的波形可以发现，其向下的负脉冲出现在同一地方，故可以判定为同一原因引起的负脉冲，并且该负脉冲只是单纯影响测量信号。霍尔探头是直接输出磁场的波形，所以负脉冲对其影响很大；而线圈是经过积分后才获得磁场波形，所以在这两处负脉冲对其积分结果不会造成很大影响。

4 结论

本文首先对利用电磁感应法测量磁场进行了简要的介绍，并且对其注意事项与设计做了一定分析。根据实际条件，对模块的电感外侧磁场进行了测量，并且获得了磁场测试的结果。

对于霍尔效应法而言，测试得到信号后，经过简单的转换就可以得到磁感应强度信号，但是，信号中包含有较多的干扰和毛刺，需要进行平滑处理（差分放大消除共模干扰）；而电磁感应法获得的信号，需要进行积分处理才能够获得最终的磁场信号，经过积分处理后的信号失去了一些重要的跳变信息，例如霍尔效应中出现的下降沿信号，就无法在感应法中明显的体现。

为了使磁场测量的工作更加方便，下一步的工作主要为消除示波器中的偏置与设计积分环节，本文的试验数据能够为后一阶段的工作提供一定的参考价值。

参考文献

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作者单位

中国电子科技集团公司第二十七研究所 河南省郑州市 450005