[實用新型]一種基于非晶薄帶磁感應效應的磁場傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200920241831.2
• 申請日: 2009-12-22
• 公開（公告）號: CN201600442U
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發(fā)明（設計）人: 蔣達國;劉建軍;王建平;劉智敏
• 申請（專利權）人: 井岡山大學
• 主分類號: G01R33/09
• 分類號: G01R33/09
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所 36111
• 代理人: 劉凌峰

技術領域

本實用新型涉及一種磁場傳感器，尤其涉及一種基于非晶薄帶磁感應效應的磁場傳感器。

背景技術

1960年，美國的Duwez教授用快淬急冷的工藝成功制作了厚度為數(shù)十個微米的薄帶，通過這種方法開發(fā)出的非晶軟磁合金具有非常優(yōu)異的軟磁性能。磁阻抗效應早在1935年就被俄羅斯人Harrison發(fā)現(xiàn)，但由于當時材料和應用領域的限制并沒有引起注意。1992年日本名古屋大學的Mohri等人發(fā)現(xiàn)：當直徑為15-120μm的CoFeSiB非晶絲通以高頻電流時，絲兩端感生的電壓幅值隨外磁場而發(fā)生非常靈敏的變化，他們把這一現(xiàn)象稱為巨磁電感效應(Giant?Magnet-inductive?effect)。接著，關于非晶絲、非晶帶以及其它多種材料中的巨磁電感和巨磁阻抗效應的報道陸續(xù)發(fā)表。研究結果表明，當交流驅動電流的頻率較低時(1-10kHz)，趨膚效應不明顯，阻抗中的電阻分量幾乎不受到外磁場影響，交流電壓的變化主要來自細絲的電感分量，因而這時稱為巨磁電感效應。當交流電流的頻率較高時(0.1-10M?Hz)，趨膚效應變得很重要，這時阻抗中的電阻分量和電感分量同時受到外磁場影響，而稱為巨磁阻抗效應。稱為巨磁阻抗效應(GiantMagneto-impedance?effect)，簡稱GMI效應。

1994年，日本的L.V.Panina，西班牙的J.Velazquez和R.S.Beach等人在研究“巨磁電感效應”和“交流巨磁阻效應”機理時發(fā)現(xiàn)，二者實質上只是交流阻抗(Z)的損耗部分即實部(R)和電感部分即虛部(X)在不同交變頻率下隨外加磁場變化的結果，它們具有共同的經(jīng)典電磁學起源。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供了一種基于非晶薄帶磁感應效應的磁場傳感器，該磁場傳感器可實現(xiàn)任意方向的磁場測量。

本實用新型是這樣來實現(xiàn)的，它包括正弦交流信號發(fā)生器、非晶薄帶、峰值檢波器、AD轉換器、數(shù)字顯示器，其特征是正弦交流信號發(fā)生器連接非晶薄帶，非晶薄帶連接峰值檢波器，峰值檢波器連接AD轉換器，AD轉換器連接數(shù)字顯示器，非晶薄帶上分別繞有自感線圈和偏置線圈。

本實用新型所述的非晶薄帶為微稀土化鐵基非晶納米晶薄帶。

本實用新型的技術效果是：(1)微稀土化鐵基非晶納米晶薄帶不僅具有高的磁導率、低的矯頑力和損耗及良好的高頻性能，微稀土化鐵基非晶納米晶薄帶對應力變化不敏感，可以減小加工過程的應力對非晶薄帶性能的影響；(2)只用了一個自感線圈和偏置線圈，并選用了低頻(30kHz左右)正弦交流電壓，使傳感器的結構簡單，成本較低；(4)在非晶薄帶的軸向施加一個偏置磁場，用來調(diào)節(jié)磁芯的工作點，實現(xiàn)在小磁場范圍內(nèi)測量磁場的大小和方向。

附圖說明

圖1為本實用新型的原理方框圖。

圖2為本實用新型正弦交流信號發(fā)生器的電路圖。

圖3為本實用新型峰值檢波器的電路圖。

圖4為本實用新型AD轉換器的電路圖。

圖5為本實用新型數(shù)字顯示器的電路圖。

具體實施方式

如圖1所示，本實用新型是這樣來實現(xiàn)的，它包括正弦交流信號發(fā)生器1、非晶薄帶2、峰值檢波器3、AD轉換器4、數(shù)字顯示器5，其特征是正弦交流信號發(fā)生器1連接非晶薄帶2，非晶薄帶2連接峰值檢波器3，峰值檢波器3連接AD轉換器4，AD轉換器4連接數(shù)字顯示器5，非晶薄帶2上分別繞有自感線圈和偏置線圈。

如圖2所示，通過調(diào)節(jié)RP1、RP2可改變正弦信號的幅值和頻率，輸出穩(wěn)定的正弦信號，該電路還可輸出同頻率的方波(R4)、三角波(C18)。

如圖3所示，通過兩級運算放大器，得到線圈兩端的峰值電壓，誤差在5mv內(nèi)。

如圖4所示，將模擬信號的電壓轉換成數(shù)字信號(數(shù)字轉換是將其轉換為二進制數(shù)如如果電壓是0-8v轉換成4位二進制數(shù)，它的范圍是0000到1111共24＝16，，也就是把8分成16份，每份0.5，0101＝5*0.5v＝2.5v，電路中芯片AD0804的P1^0到P1^7以高低電平0，1表示的八位二進制數(shù)代表一個電壓)以便單片機處理和顯示，以上八位的就是把最高電壓分為2⁸＝256份，電壓在5v以內(nèi)精度就約為0.02v。

如圖5所示，單片機STC89C52的10到17端口接收AD0804的P1^0到P1^7的信號，就是把電壓信號讀入單片機，然后通過擬合的公式計算出相應的值，通過32到39端口輸出高低電平(八位二進制數(shù))，進入液晶顯示器，顯示出對于的數(shù)字和字符。