磁天線工作原理及其應(yīng)用與標(biāo)定

1、磁天線的工作原理、應(yīng)用及其標(biāo)定11磁天線的工作原理磁天線的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，最基本的結(jié)構(gòu)就是在磁芯上繞上環(huán)形線圈，如下圖(1) 所示。工作原理是法拉第感應(yīng)定律，當(dāng)磁力線通過繞在磁芯上的環(huán)形線圈時(shí)，必 然會(huì)在線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，磁天線就是通過檢測(cè)信號(hào)磁場(chǎng)分量的感應(yīng)信號(hào)來 實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的檢測(cè)、接收。磁天線接收到信號(hào)后，將信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)調(diào)節(jié)電路上， 最后將處理過的信號(hào)傳輸?shù)较到y(tǒng)終端的處理器上，將數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，以便Z后分 析處理。圖(1)1.1.1無磁芯時(shí)的電斥信號(hào)輸出原理From Tumaiiski 2007圖(2)我們?cè)O(shè)線圈的圈數(shù)為N,線圈的橫截面積為A,磁通量為0,磁場(chǎng)強(qiáng)度為B。 由法拉第電磁感應(yīng)定律可

2、知，導(dǎo)體回路(單個(gè)線圈)中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)V的大小與穿 過該回路的磁通量的時(shí)間變化率K成正比。此定律可以表示為：V = -K(l)所以當(dāng)線圈圈數(shù)為N時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：V = -N K (2)又有：K罟"罟可以得到：U =(4)at在頻率響應(yīng)分析時(shí)，我們假設(shè)：Bg = Boej2nft =B°腫(5)所以有：V = -jNA3B = -jN 4 s Bo 加(6)最后得：1. 1. 2有磁芯時(shí)的電壓信號(hào)輸出原理鐵氧體磁芯的影響：1. 在線圈中當(dāng)作一個(gè)磁通屋集中器。2. 高磁導(dǎo)率，提高感應(yīng)線圈的感應(yīng)系數(shù)。(由鐵氧體磁芯的有效磁導(dǎo)率的一個(gè)參 數(shù)決定)3. 低電導(dǎo)率，可以阻止渦流減

3、小被測(cè)量磁場(chǎng)。由于磁芯的出現(xiàn)，感應(yīng)線圈的比例因數(shù)變?yōu)椋?71 4 3 .他(8)bq上式中最后一項(xiàng)為磁芯的有效磁導(dǎo)率。1.1.3信號(hào)調(diào)節(jié)電路信號(hào)調(diào)節(jié)電路如下圖所示：Rl=390 kQR1IC1,圖(3)1. 2磁天線的應(yīng)用磁天線一般用來進(jìn)行磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)星。利用兩個(gè)正交環(huán)形天線感應(yīng)電壓的比 值，可以得到入射電磁波的方位角/tan0 =驢(9)UNS式中，血“和如S分別為兩個(gè)正交環(huán)形天線上的感應(yīng)電壓?；趦烧綝F確定的方 位角，利用三角匯交法可以確定雷電發(fā)生的位置P,如下圖(4)所示。但是兩 站基線方向上發(fā)生的雷電無法利用三角匯交法來確定，因此至少利用三站DF才 能確定所有方位放生的雷電。即使是采

4、用三站DF得到的雷電定位誤差仍然相對(duì) 較大，必須利用多站定位，并經(jīng)過優(yōu)化處理后才能獲得較為精確的雷電發(fā)生位置。圖(4)在人工引雷實(shí)驗(yàn)中當(dāng)閃電未擊中引雷裝置時(shí)，近距離磁場(chǎng)測(cè)量可以用來對(duì)雷 電流的反演。根據(jù)電磁學(xué)中的畢奧-薩伐爾定律，攜帶電流為I的長(zhǎng)直導(dǎo)線周闈 產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與電流I之間滿足關(guān)系：式中，廠為導(dǎo)線的距離：“°為真空磁導(dǎo)率。因此在一定的近似條件假定下，利用 地而附件的磁場(chǎng)測(cè)最可以反演地閃回?fù)舻姆烹婋娏鳌?3磁天線的標(biāo)定標(biāo)定方法如下圖(5)所示。需要的儀器為：信號(hào)發(fā)生器一臺(tái)，需要用的磁棒若 干，示波器一臺(tái)，調(diào)節(jié)電路，電阻，電子平臺(tái)，繞上線圈的一定規(guī)格的塑料管。 信號(hào)發(fā)生器的

5、輸出與塑料管一端上的線圈相連，將磁棒放到塑料管里面的中間位 置，并將磁棒的輸出接口接到調(diào)節(jié)電路輸入端上，最后將調(diào)節(jié)電路的輸出端與示 波器連接。每一次標(biāo)定過程中，信號(hào)發(fā)生器的輸出電壓不變，通過公式(10)計(jì) 算塑料管內(nèi)部的磁場(chǎng)大小，改變信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)的頻率，同時(shí)觀察示波器上 而輸出信號(hào)的變化，并做相應(yīng)的記錄。將記錄的數(shù)據(jù)用MATLAB處理，就可以得 到磁棒的頻響曲線。B =字(cos/?2 - cos心)(10)由公式(10),當(dāng)澈料管的長(zhǎng)度很長(zhǎng)，直徑較小時(shí)，管內(nèi)中心處的B為：B =兩皿Function generator530 nT at 1.0 V inputR 二 4.644 kil (including the coil)n 980 turns/meterrrvYYYYYYYYrVVYYYYYYrYYYYYYYYYYYYY