[發明專利]具有測量頻率掃描功能的交流磁場傳感器

有效

• 申請號: 201410127098.7
• 申請日: 2014-03-31
• 公開（公告）號: CN103885006A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 許洪光;張霆廷;張欽宇;林茂六
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學深圳研究生院
• 主分類號: G01R33/09
• 分類號: G01R33/09
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 于標

技術領域

本發明涉及弱磁場測量、交流磁場測量裝置技術領域，尤其涉及具有測量頻率掃描功能的交流磁場傳感器。

背景技術

交流磁場傳感器廣泛應用于工業、測量和醫學等領域，目前的應用中存在很多磁場測量手段和測量技術，常用的有霍爾效應、巨磁電阻效應、巨磁阻抗效應和超導量子干涉效應等多種類型的技術，產生了探測線圈傳感器、巨磁電阻傳感器、巨磁阻抗傳感器、霍爾傳感器、磁通門傳感器和超導量子干涉儀等相關產品。

采用巨磁阻抗效應的傳感器與磁通門傳感器、巨磁電阻傳感器等其它傳感技術相比，在機械、力學、化學和電磁性能上都有明顯優勢，具有較高的靈敏度，尤其是具有微型尺寸和快速響應等優點，在此技術基礎上已經研制成大量的新型基于磁場測量的傳感器。

采用巨磁阻抗效應制作的磁場傳感器，其主要工作原理是當非晶絲（帶）上施加高頻激勵電流信號時，通過非晶絲（帶）軸向的被測磁場信號使非晶絲（帶）兩端的阻抗隨被測磁場信號的變化而變化，使用相應電路形式把這種阻抗變化轉變為其它信號形式，可以實現對磁場的測量。

目前采用非晶絲（帶）的復阻抗隨被測磁場信號改變的原理制作傳感器的方法主要有二種：（1）將非晶絲（帶）的阻抗變化轉變為頻率的變化，即將非晶絲（帶）作為可變電抗部件，應用于振蕩電路，其阻抗變化轉變為頻率的變化，通過對頻率信號處理，實現磁場信號的檢測，電路中一般包括振蕩電路、整流電路（檢波電路）和放大電路。（2）直接測量非晶絲（帶）兩端的復阻抗，比如，使用電橋，將非晶絲（帶）應用到電橋電路的一個橋臂上，電橋的輸出是一個與激勵信號同頻率、具有固定相差的信號，其幅頻特性反應了阻抗的變化,實現磁場信號的測量，以及使用矢量阻抗測試方法，通過對非晶絲（帶）兩端電壓、電流幅度和相位的測量，實現復阻抗測量。

交流磁場測量環境中存在著各種類型的噪聲和干擾，而且被測交流磁場信號非常微弱，目前采用的方法都不能有效地濾除噪聲和干擾。

發明內容

為了解決現有技術中的問題，本發明提供了一種具有測量頻率掃描功能的交流磁場傳感器。

本發明提供了一種具有測量頻率掃描功能的交流磁場傳感器，包括頻率可調多通道信號發生器、第一變頻器、晶體濾波器、第二變頻器、低通濾波器、低噪聲放大器、探頭，所述頻率可調多通道信號發生器分別與所述探頭、第一變頻器、以及第二變頻器相連，所述探頭、所述第一變頻器、所述晶體濾波器、所述第二變頻器、所述低通濾波器、所述低噪聲放大器依次相連。

作為本發明的進一步改進，所述探頭包括非晶材料部件、前置放大器、直流偏置線圈，所述非晶材料部件與所述前置放大器輸入端相連，所述頻率可調多通道信號發生器與所述非晶材料部件相連，所述直流偏置線圈纏繞于所述非晶材料部件外表面，所述前置放大器輸出端與所述第一變頻器相連；

所述頻率可調多通道信號發生器：用于分別提供所述非晶材料部件高頻激勵頻率信號、第一變頻器的調制頻率信號，第二變頻器的解調頻率信號；

所述直流偏置線圈：用于產生偏置磁場；

所述非晶材料部件：用于在高頻激勵頻率信號和直流偏置磁場的作用下，所述非晶材料部件兩端的復阻抗隨著通過其軸向分量的被檢測交流磁場信號的變化而變化，在電路中所述非晶材料部件兩端產生反映被檢測交流磁場信號幅度變化的交流電壓信號；

所述前置放大器：用于對非晶材料部件輸出的交流電壓信號進行初步放大；

所述第一變頻器：用于將所述頻率可調多通道信號發生器輸出的調制頻率信號與非晶材料部件輸出的交流電壓信號混頻或變頻，所述第一變頻器輸出的信號中含有等于所述晶體濾波器的中心頻率的信號；

所述晶體濾波器，其中心頻率為所述非晶材料部件激勵頻率、被測交流磁場信號頻率、調制信號頻率組合頻率的一個，經過該晶體濾波器后，其余頻率的輸出信號被濾除；

所述第二變頻器，用于將所述晶體濾波器輸出頻率信號和解調頻率信號進行混頻或變頻，經混頻或變頻后所述第二變頻器輸出信號中含有被測交流磁場信號和其它組合頻率信號；

所述低通濾波器，所述第二變頻器輸出的信號中其它組合頻率信號遠高于被測交流磁場信號頻率，使用所述低通濾波器將組合頻率濾掉；

低噪聲放大器，對所述低通濾波器輸出信號進行放大。

作為本發明的進一步改進，所述非晶材料部件為Co基或Fe基具有巨磁阻抗效應的非晶態合金材料。

作為本發明的進一步改進，所述非晶材料部件為非晶絲或非晶帶。

作為本發明的進一步改進，所述晶體濾波器為窄帶晶體濾波器。