三轴磁通门传感器的研究

时间：2025-04-06

三轴磁通门磁力仪是一种三轴一体的磁力仪,可以测量空间中一个点的磁场的三个分量。电路部分是利用SOI(硅绝缘体)芯片、混合电路技术经全密封封装工艺制成。可在-50℃至210℃环境中正常工作,寿命超过2000 小时,稳定可靠。外形体积小,可在微型卫星、小型无人机等领域应用。三轴磁通门磁力仪可广泛用于地质、国防、航空和航天等领域的姿态测量、导航和制导。

A Study of Triaxial Fluxgate Magnetometer

Yue Zhang1, Chenxiao Cao1, Xiaorui Wang1, Guangfei Sun2

(1.Beijing Nano Tesla Technology Co. Ltd, Beijing 100074 China; 2. University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083 China,)

Abstract：Triaxial fluxgate magnetometer sensor is a magnetic sensor, which enclosed three orthogonal measurement coils in one housing, and it allows the three magnetic field components simultaneously to be measured at the same point in space, resolution is less than±1nT.With SOI (Silicon on Insulator) electronics wafer, hybrid circuit technology and hermetic seal packaging，triaxial fluxgate magnetometer works in the temperature range from -50℃to 210℃, and to survive over 2000 hours. It is stable and reliable. Its small size makes it to be suitable for micro-satellite, small UAV and rotating missile. Triaxial fluxgate magnetometer can be widely used in the field of geology, defense, aviation and aerospace for attitude measurement, navigation and guidance application. Key words: Triaxial Fluxgate magnetometer, high temperature, magnetometer, attitude measurement, navigation, guidance

三轴磁通门磁力仪的研究

张跃1，曹晨啸1，王晓瑞1，孙光飞2

(1.北京纳特斯拉科技有限公司, 北京 100074;2.北京科技大学, 北京 100083)

摘要：三轴磁通门磁力仪是一种三轴一体的磁力仪，可以测量空间中一个点的磁场的三个分量。电路部分是利用SOI

（硅绝缘体）芯片、混合电路技术经全密封封装工艺制成。可在-50℃至210℃环境中正常工作，寿命超过2000小时，稳定可靠。外形体积小，可在微型卫星、小型无人机等领域应用。三轴磁通门磁力仪可广泛用于地质、国防、航空和航天等领域的姿态测量、导航和制导。

关键词：磁通门；三轴磁通门；高温度；磁力仪；姿态测量；导航；制导

中国分类号：O441.5 TP212.13 文献标识码：B 文章编号：

磁通门磁力仪有很多优点，可靠、简单、经济、耐用，还可以用于运动状态下姿态测量。其领域包括地磁研究、地质勘探和空间磁场测量研究。本文所介绍的三轴磁通门磁力仪有四个特点：工作温度范围宽、测量精度高、分辨率高和尺寸小。

三轴磁通门磁力仪由三轴磁通门探头和高温磁通门电路组成。三轴三轴磁通门探头由三个测量线圈和一个共用磁芯构成，测量空间中一个点的磁场的三个分量。利用SOI（硅绝缘体）芯片和混合电路技术，经全密封封装工艺制成一种高温磁通门电路。三轴磁通门磁力仪可以在-50℃至+210℃的环境中工作，无故障工作时间超过2000小时。因此它很适合高温井的钻井和测井应用，也适用于可靠性要求超高的领域。如国防、航空和航天领域。主要用于微型卫星、小型无人机和旋转弹的姿态测量、导航和制导。

头有三个正交的测量线圈，构成三个测量轴：X轴、Y轴和Z轴。在三个测量线圈的中心，有一个坡莫合金的磁芯，为三个测量线圈共用。三个测量线圈与该磁芯，构成三轴磁通门探头，可以测量空间中一个点的磁场的三个分量：X轴分量、Y轴分量和Z轴分量。

图 1.1 三轴磁通门探头

1 三轴磁通门探头原理

三轴磁通门探头如图1.1所示，三轴磁通门探

如图1.2所示，三轴磁通门探头的磁芯周期性地处在导磁状态或饱和状态。磁芯在导磁状态下，磁力线向磁芯处聚集，测量线圈中的磁通量变大；磁芯在饱和状态下，磁力线由磁芯处散开，测量线

圈产生的磁场完全抵消该轴的磁场分量。测量电路圈中的磁通量变小。这个磁芯形成了一个‘门’，

共三路，使三个轴的测量线圈中的磁场为零，所以开启和关闭测量线圈中的磁通量。

测量电路是闭环测量，三路测量线圈中的反馈电流精确对应磁场的三个分量。

3 三轴磁通门磁力仪频率响应测试

频率响应测试可以很好的检测三轴磁通门磁力仪的动态输出特性。

将三轴磁通门磁力仪安装在亥姆霍兹线圈中心处，利用交变电压在亥姆霍兹线圈内产生0.5Hz到80Hz的正弦波磁场。亥姆霍兹线圈示意如图3.1所示。

图 1.2 磁芯的导磁状态和饱和状态