[發明專利]梯形波激勵的變靈敏度式時間差型磁通門傳感器及數據處理方法

有效

• 申請號: 201410206051.X
• 申請日: 2014-05-15
• 公開（公告）號: CN103941200A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 龐娜;王言章;吳樹軍;程德福
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01R33/04
• 分類號: G01R33/04
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王立文

技術領域：

本發明涉及一種磁通門傳感器和時間差數據的處理方法，尤其是以可控周期性梯形波為激勵方式的，并且通過輸出信號高低電平的時間差值對弱磁場進行測量的傳感器，以及適用于該種磁通門的時間差數據處理方法。

背景技術：

磁通門傳感器是測量微弱磁場的一種重要方法，在地球物理上應用廣泛，取得了一系列成果。但是，近年來，以偶次諧波方法檢測被測磁場的磁通門傳感器受到奇次諧波噪聲、偏置、制作工藝以及復雜的電路結構等問題致使磁通門發展緩慢。為了彌補上述不足，拓展我國磁通門傳感器的研究領域，提出了一種基于梯形波激勵的變靈敏度式時間差型磁通門傳感器，該方法主要是應用軟磁材料的磁滯飽和現象、磁芯的雙勢阱狀態以及法拉第電磁感應定律進行弱磁場的檢測。

CN101545958A公開的《雙向磁飽和時間差磁通門傳感器》未涉及使用梯形波作為激勵方式及其時間差數據的處理方法，并對其進行研究，提出了一種以梯形波為激勵信號方式的變靈敏度式時間差型磁通門傳感器。由于以正弦波為激勵方式的時間差型磁通門傳感器的輸出信號響應表達式結構復雜，而且需要考慮矯頑力的大小。以三角波為激勵方式的時間差型磁通門傳感器的輸出信號響應表達式雖然結構簡單，表述清晰，輸出時間差與被測磁場的大小成正比關系，但是考慮到輸出信號的穩定性與激勵磁場方式的斜率及其頻率有關，當使用相同斜率大小的三角波與梯形波作為激勵信號時，梯形波的激勵頻率會更小，從而可以提高輸出時間差響應的穩定性。而在實際測量環境磁場時，由于對傳感器的測量精度與測量速度的要求存在差異，在已提高穩定性的前提下，需要采用可控頻率的周期性梯形波激勵磁場作為調制信號去檢測目標環境磁場，滿足實際需求。同時為了消除電路噪聲和探頭磁芯被激勵時產生隨機噪聲等干擾，將采集到的時間差誤差降到最低，并且適合FPGA實時準確的動態數據處理要求，提出了時間差數據混合處理方法。

CN101257291A公開的《一種梯形激勵脈沖發生方法及裝置》用于壓電式噴墨打印技術；

《高電壓技術》2008年VoL34No2P256—259鄭歡等“非線性絕緣的長周期梯形波響應特性測試系統”用于測試非線性絕緣電介質在低頻電壓激勵下的響應特性；

《蘭州大學學報(自然科學版)》1987年第02期郝璘等“振子陣列的梯形波輻射特性”論述了以梯形波激勵的對稱振子陣列天線的輻射特性；

《大電機技術》2012年02期牛聯波等“基于梯形波相電流控制的六相感應電機的性能分析”對磁勢解耦時磁鏈和轉子感應電壓進行了理論和有限元分析以及實驗測量；

《重慶大學2012年碩士論文》李俊唐“瞬變電磁單極性梯形脈沖電流源的研究”用于改善瞬變電磁淺層探測效果和工作效率以及實現發射電流的快速線性上升與線性下降。

在現有技術中尚未見使用梯形波作為激勵方式的磁通門傳感器。

選擇以梯形波作為磁通門傳感器的激勵方式，主要原因是：通過對軟磁性材料的磁滯特性分析，得出以梯形波的激勵方式作用于傳感器磁芯是可行的，并且可以降低功耗；考慮到噪聲對時間差型磁通門傳感器輸出時間差信號的影響，以梯形波作為激勵方式可以提高傳感器輸出時間差信號的穩定性；雖然已有專利與文獻的內容是關于梯形波的應用實例，但是在現有技術中尚未見使用梯形波作為激勵方式的磁通門傳感器，并且未見對使用梯形波作為激勵方式的磁通門傳感器輸出的詳細分析。

梯形波激勵發生裝置的設計，主要是為了操控方便，實現根據測量環境磁場的實際要求，適時改變傳感器的測量精度與測量速度，在已提高穩定性的前提下，采用可控頻率的周期性梯形波激勵磁場作為調制信號去檢測目標環境磁場；輸出準確，本專利設計的基于FPGA的梯形波激勵信號發生裝置，適合實時準確的動態數據處理要求；雖然梯形波激勵發生裝置已有設計實例，但是此裝置根據不同應用，設計(模數轉換，V/I變換等)存在差異，產生信號的方式也不盡相同。

以時間差為檢測方法的磁通門傳感器的不穩定體現在輸出信號的橫向不穩定程度，造成這種橫向不穩定程度的原因——輸出信號所伴隨的噪聲干擾(包括傳感器本身的磁噪聲、電路噪聲等)。使用濾波器雖然可以濾除一些諧波成分，但是如果不能從根本上去解決信號的噪聲問題會出現一定程度的信號畸變。