磁力计芯片(有哪些及传感器详解)


凭借戈达德的研发资金,托德·博纳尔斯基正在开发一个功能原型,他计划将其执行一项名为“探空火箭”的任务。 通过 Neutral Atom Sensing-2 可视化离子流出或 VISIONS-2,2018 年。VISIONS-2 旨在研究氧离子从地球高层大气流出并进入磁层。

该原型将两种类型的磁力计——高精度磁通门和光泵原子磁力计——组合到一个相对较小的包中,可用于部署多个立方体卫星以收集同时多点观测的星座型任务。这种技术对于研究地球不断变化的包络磁场特别有效。

“我们已经证明我们可以使用相对较大、耗电的磁通门磁力计并将它们缩小以在立方体卫星上飞行,”博纳尔斯基说,他成功地将磁通门磁力计小型化,用于 Dellingr CubeSat 任务,这是美国宇航局最近推出的。 Goddard 团队特意开发了 Dellingr 以提高这些小平台的可靠性。

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“现在,我想将我们的微型磁通门与绝对原子磁强计结合起来,以创建一个完全自校准的微型矢量磁强计,用于 立方体卫星 和小卫星,类似。这是以前从未做过的,”他说。

需要混合系统

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对一体式仪器的需求在于两种磁力计的固有优点和缺点,随着技术人员试图进一步缩小这些仪器的尺寸以适应立方体卫星磁力计芯片,其单元的一侧只有四英寸,因此更具挑战性。

磁通门磁力计由一个极易磁化的磁芯和两个类似变压器的线圈制成,长期以来一直是科学的主力军,因为它们整体结构坚固且精度高。当交流电或交流电通过一个称为初级的线圈时磁力计芯片(戈达德AtomSensing-2可视化离子流出或VISIONS-2018年),它们会产生交变磁场,从而在另一个线圈(称为次级)中感应出交流电。

次级中交流电的强度和相位不断被测量。当外部磁场发生变化时,次级线圈的输出发生变化。可以分析这种变化的程度和相位以确定所讨论的磁场的强度和方向。因此,该设备不仅可以测量物体的磁场,还可以测量其方向,无论是北、南、东还是西。

然而,不断变化的温度(例如在太空中遇到的温度)会随着时间的推移降低其性能。因此磁力计芯片,任务规划人员偶尔会使用原子磁力计,它在不同的原理下运行,以保持磁通门的校准。

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50 多年前首次开发的原子磁力计由碱性气体制成,例如铷或铯,它们发出与磁场成正比的频率。换句话说,它们确实会产生共鸣——就像一个水晶酒杯,当它的边缘被摩擦时——表明了磁场的程度。

不幸的是,原子磁力计也不是万能药。虽然不容易漂移或退化,但它们只能测量场的大小,而不是它的方向。

在他的研发资金下,Bonalsky 正在开发一种结合两种测量技术的自校准混合系统。

为了实现这一目标,他建造了一个超小型的“芯片级”原子磁力计灯丝,他计划将其安装在他为 Dellingr 任务开发的磁通门磁力计的传感器线圈中。然后,他计划在戈达德升级后的磁测试设施中测试该设备,为它可能被纳入 VISIONS-2 探空火箭任务做准备。

“如果我们成功,戈达德将处于科学级立方体磁力测量的最前沿,”他说。

包括立方体卫星在内的小型卫星在 NASA 的探索、技术演示、科学研究和教育调查中发挥着越来越大的作用,包括: 行星空间探索;地球观测;基础地球和空间科学;并开发前沿科学仪器,如尖端激光通信、卫星对卫星通信和自主移动能力。

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