三维动态地磁屏蔽与磁场发生系统 

一、主要功能

1. 屏蔽地磁环境磁场：抵消地球静磁场及环境直流磁场

2. 屏蔽动态干扰磁场：抑制地铁、电梯等低频动态磁场干扰

3. 生成静态恒定磁场：输出稳定可控的三维直流磁场

4. 模拟动态干扰磁场：按设定轨迹 / 波形输出动态磁场

二、系统组成

1. 磁场发生装置

• 组成：1 台 3HLF97‑2 型三维磁场线圈 + 3 台功率放大器

• 结构：

  • X/Y/Z 三轴线圈相互正交

  • 每轴由两个边长相同、平行共轴的正方形线圈串联组成

  • 主体框架：无磁高强度玻璃纤维

  • 连接件：POM、PMMA、纯铜等无磁材料

• 工作方式：控制每轴电流，独立生成磁场分量 Bₓ、Bᵧ、B_z

2. 磁场检测装置

• 组成：CH‑330F 磁通门计 + 三维磁通门探头

• 原理：线圈感应原理，高精度磁通门检测

• 性能：分辨率可达 0.1 nT

• 功能：

  • 为探头提供稳定工作电压

  • 信号放大、滤波、AD 采集，转换为磁场信号

  • 本地液晶屏显示 + 串口上传至上位机

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3. 三通道磁场测控装置

• 组成：移动终端控制设备 + 上位机软件

• 通讯：通过串口与功率放大器、磁通门计双向通信

• 功能：

  • 设置放大器输出电流

  • 读取实时磁场值

  • 构成磁场设定‑检测‑调整闭环

  • 采用PID 算法精确控制线圈内部磁场

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三、控制原理（DC 磁场闭环控制模型）

1. 采集：三轴磁通门阵列实时监测线圈内部磁场

2. 计算：单片机 CPU 读取探头数据，送入 DC 磁场计算模型

3. 比较：比较器对目标磁场与实时磁场做差

4. 调节：差值经PID 算法得到控制量

5. 输出：

   • CPU 通过 SPI 高速总线将控制信号送至 DAC

   • 生成模拟电压驱动功率放大器

   • 控制线圈产生对应直流磁场

6. 闭环：磁通门持续监测，反复迭代直至磁场误差满足要求

四、典型工作模式

1. 磁场屏蔽模式

   • 目标磁场设为 0

   • 屏蔽：地球直流磁场、低频地磁波动、地铁 / 电梯等低频干扰

2. 磁场发生模式

   • 目标磁场设为非零值

   • 支持：单点设定 + 轨迹导入两种方式

3. 控制指标

   • 合理整定 Kₚ、Kᵢ、K_d 参数后

   • DC 段磁场波动 / 跳动可控制在 ＜10 nT