[實用新型]一種精密的高頻弱磁場信號測量電路

有效

• 申請號: 201520264292.X
• 申請日: 2015-04-28
• 公開（公告）號: CN204536516U
• 公開（公告）日: 2015-08-05
• 發明（設計）人: 程體陽;王瑞;莫洋;田雨
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01R33/02
• 分類號: G01R33/02
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術領域

本實用新型涉及磁場的測量，特別涉及一種精密的高頻弱磁場信號測量電路。

背景技術

弱磁場是指磁場等級在地磁場附近(0.5Oe)或較弱于地磁場的磁場強度大小。而絕大多數的磁場均位于弱磁場區間。隨著科學技術的發展,人們在磁場測量方面作了大量的工作,設計出了各種不同的磁場傳感器,并廣泛的應用于磁場測量之中。在探測磁場的大小、方向以及在探礦、地下鉆孔、位置檢測、無損探傷，磁場成像、航海系統等方面往往需要測得一個準確度很高的磁場值。

由于弱磁場等級較低，信號較小，同時噪聲干擾與磁場信號相近，相對誤差較大，變化較大，造成有效的磁場信號易被噪聲淹沒，對于人們利用磁場進行探測和檢查造成了一定的困難。因此合適的磁場測量及誤差處理電路是目前的重點。

目前常見的利用磁場進行探測的方法有：

1、用直流大電流激發較大的直流磁場，此方法由于對勵磁電流要求較高，因此相應的成本提高，同時由于大電流不容忽視的發熱效應，易造成難以估計的事故。

2、用高頻電流激發高頻磁場，在頻譜上與噪聲分開，再用濾波器的方式采集磁場信號，但此方法由于磁場信號幅值一般較小，再加上帶通濾波器的帶寬較大，導致白噪聲亦被測量，引起較大的誤差。

現在常見的弱磁場測量方法，主要有磁通門法、霍爾效應法、巨磁阻效應法。但此三種方法均有明顯的缺點：

磁通門法：磁通門法的繞制方法十分復雜，同時性能較好的磁通門其體積較大，成本較高，更重要的是磁通門必須靜置測量，否則誤差較大

霍爾效應法：霍爾效應法對mT級磁場敏感，對高斯及以下磁場不敏感，即其弱磁場敏感性不好。

以上兩種方式均適用于靜態磁場的測量，且操作較復雜，誤差較大。

實用新型內容

有鑒于此，本實用新型的目的是在于提供一種精密的高頻弱磁場信號測量電路，

為達到上述目的，本實用新型提供如下技術方案，一種精密的高頻弱磁場信號測量電路，包括磁場傳感電路、用于放大磁場傳感電路第一輸出信號的第一放大器和用于放大磁場傳感電路第二輸出信號的第二放大器，該測量電路還包括第一鎖相放大器、第二鎖相放大器、第一ADC模塊和第二ADC模塊，所述第一鎖相放大器的輸入端與第一放大器的輸出端連接，所述第一鎖相放大器的輸出端與第一ADC模塊的輸入端連接；所述第二鎖相放大器的輸入端與第二放大器的輸出端連接，所述第二鎖相放大器的輸出端與第二ADC模塊的輸入端連接。

優選的，所述第一鎖相放大器包括第一帶通濾波器、第一相敏檢波器和第一低通濾波器，所述第一帶通濾波器的輸入端與第一放大器的輸出端連接，第一帶通濾波器的輸出端與第一相敏檢波器的輸入端連接，第一相敏檢波器的輸出端與第一低通濾波器的輸入端連接，所述第一相敏檢波器的參考端接參考信號；所述第二鎖相放大器包括第二帶通濾波器、第二相敏檢波器和第二低通濾波器，所述第二帶通濾波器的輸入端與第二放大器的輸出端連接，第二帶通濾波器的輸出端與第二相敏檢波器的輸入端連接，第二相敏檢波器的輸出端與第二低通濾波器的輸入端連接，所述第二相敏檢波器的參考端接參考信號。

本實用新型的有益效果在于：

本實用新型的電路結構緊湊，誤差極低，通過兩條帶電阻的設置，消除了可能存在的靜態環境磁場誤差；通過濾波器及鎖相放大器濾波，測量誤差在5％以下。

本實用新型的功耗低，除“set/reset”帶電阻外，其余部分均工作在mA電流下，而“set/reset”帶電阻的電流持續時間為us級。同時，本實用新型對于直流或低頻磁場均有較好的測量效果，電路整體功耗為mW級別。

附圖說明

為了使本實用新型的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本實用新型提供如下附圖進行說明：

圖1為本實用新型整體結構框圖；

圖2為鎖相放大器的結構原理圖；

圖3為磁場傳感電路的電路圖；

圖4為第一帶通濾波器的電路圖；

圖5為第二帶通濾波器的電路圖；

圖6為第一相敏檢波器的電路圖；

圖7為第二相敏檢波器的電路圖；

圖8為第一低通濾波器的電路圖；

圖9為第二低通濾波器的電路圖。

具體實施方式

下面將結合附圖，對本實用新型的優選實施例進行詳細的描述。