CN102520375A - 磁通门磁力仪检测电路及精度提高方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁通门磁力仪检测电路及精度提高方法。是由磁通门磁力仪检测电路，是由磁通门探头与放大滤波I连接，磁通门探头和放大滤波I分别与增益选择连接，增益选择经放大滤波∏和检波积分与采集电路连接，检波积分经反馈选择与磁通门探头连接，模拟管理电路分别与增益选择和检波积分连接，模拟管理电路经探头驱动电路与磁通门探头连接，模拟管理电路经反馈选择与磁通门探头连接，模拟管理电路与采集电路连接构成。模拟管理电路能自动根据外界磁场大小选择最佳的前向通道、检波脉冲和反馈环节，使得磁通门磁力总在最佳的量程上获得较高的精度及信噪比，尤其在大范围变化的分量磁场测量中仍能获得较高的信噪比。

Description

磁通门磁力仪检测电路及精度提高方法
技术领域
本发明涉及一种用于地磁场检测的磁通门磁力仪检测精度及信噪比提高方法及装置。
背景技术
磁通门技术是现有众多弱磁测量方法中重要的一种方法，该方法的基本原理是利用法拉第电磁感应现象和磁饱和现象将磁信号转成电信号进行测量。现有磁通门产品均通过检测输出信号的偶次谐波幅度来计算被测磁场的大小，其灵敏度受磁通门探头噪声制约，一般需采用差分等能够抑制噪声或带有补偿结构的探头结构。现有众多专利也是基于此方面的设计，如CN200420110012.1或CN200810047217.2公开的“磁通门传感器探头”CN200610026869.7公开的“正交磁通门磁场传感器”，现有磁通门产品所应用的谐波选择法为了实现精确测量，都必须设法消除磁通门探头的其他谐波噪声。同时由于偶次谐波磁通门传感器基于谐波幅度对磁信号进行测量，因此其对应的检测电路较为复杂，包括谐振、选频放大、积分滤波和相敏解调器等环节。现有磁通门必需反馈电路以保证测量的稳定度和线性度，然而却降低了自身的分辨能力。采用上述原理设计的磁通门传感器在要求高灵敏度及高精度的情况下不利于实时检测，在大范围变化的分量磁场测量中也无法获得较高的信噪比，其后续数据处理方法复杂。
CN90204587.3利用正负对称式峰值检波的办法检测信号，获得了较高性能。CN200810239218.7发明了一种微型磁通门肺磁场信号测量仪，获得较高的分辨率，可以取代超导量子干涉仪用于肺磁场检测。但这些专利均采用了偶次谐波法的传统结构，在大范围变化的分量磁场测量中均无法获得较高的信噪比。
发明内容
本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种分级放大及反馈的磁通门磁力仪检测电路及精度提高方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
磁通门磁力仪检测电路，是由磁通门探头与放大滤波I连接，磁通门探头和放大滤波I分别与增益选择连接，增益选择经放大滤波∏和检波积分与采集电路连接，检波积分经反馈选择与磁通门探头连接，模拟管理电路分别与增益选择和检波积分连接，模拟管理电路经探头驱动电路与磁通门探头连接，模拟管理电路经反馈选择与磁通门探头连接，模拟管理电路与采集电路连接构成。
模拟管理电路是由微处理器连接任意选通，脉冲发生器经移相I和移相∏分别与任意选通连接构成。
磁通门磁力仪检测精度提高方法，是模拟管理电路根据外界磁场的大小同步调节增益、检波器解调脉冲的相位和反馈环节；当积分器输出电压过小，模拟管理电路则选用高增益通道，并自动选择与之对应相位的解调脉冲与反馈环节使得输出电压变大；当积分器输出电压达到运放的饱和电压，模拟管理电路则启用较低增益通道，并自动选择与之对应相位的解调脉冲与反馈环节使得输出电压变小；达到积分器输出电压满足采集电路的要求，进而提高信噪比和精度。
模拟管理电路由微处理器、脉冲发生器及移相器组构成，其与采集电路通过通信接口串口连接。若积分器输出电压过小，模拟管理电路则选用高增益通道，并选择与之对应相位的解调脉冲与反馈环节使得输出电压变大；若输出电压达到运放的饱和电压，模拟管理电路则启用较低增益档，并选择与之对应相位的解调脉冲与反馈环节使得输出电压变小。
前向通道中的两档放大滤波电路均由高性能的滤波器与放大器构成，磁通门探头的输出与放大滤波I的输出都连接到增益选择，供模拟管理电路切换至放大滤波∏的输入端。放大滤波电路其对磁通门探头的输出信号进行滤波、放大，输出幅值与被测磁场成正比的二次谐波。
检波与积分电路由相敏检波器和积分器构成，所需的解调脉冲由模拟管理电路提供，其将放大滤波∏输出的二次谐波变为直流电压。
反馈环节中包还了两档反馈电路，其在模拟管理电路控制下将合适的反馈量送到磁通门探头进行反馈，使探头工作在零磁场附近。
有益效果：模拟管理电路能自动根据外界磁场大小选择最佳的前向通道、检波脉冲和反馈环节，使得磁通门磁力总在最佳的量程上获得较高的精度及信噪比，尤其在大范围变化的分量磁场测量中仍能获得较高的信噪比。
附图说明
附图1为磁通门磁力仪检测电路结构框图
附图2为附图1中模拟管理电路框图
附图3为附图1中放大滤波电路图
附图4为附图1中增益选择电路图
附图5为附图1中检波积分电路图
附图6为管理电路控制器与外围电路图
附图7为管理电路移相器组与选通电路图
具体实施方式
下面结合附图和实施例作进一步的详细说明：
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
磁通门磁力仪检测电路，是由磁通门探头与放大滤波I连接，磁通门探头和放大滤波I分别与增益选择连接，增益选择经放大滤波∏和检波积分与采集电路连接，检波积分经反馈选择与磁通门探头连接，模拟管理电路分别与增益选择和检波积分连接，模拟管理电路经探头驱动电路与磁通门探头连接，模拟管理电路经反馈选择与磁通门探头连接，模拟管理电路与采集电路连接构成。
模拟管理电路是由微处理器连接任意选通，脉冲发生器经移相I和移相∏分别与任意选通连接构成。
磁通门磁力仪检测精度提高方法，是模拟管理电路根据外界磁场的大小同步调节增益、检波器解调脉冲的相位和反馈环节；当积分器输出电压过小，模拟管理电路则选用高增益通道，并自动选择与之对应相位的解调脉冲与反馈环节使得输出电压变大；当积分器输出电压达到运放的饱和电压，模拟管理电路则启用较低增益通道，并自动选择与之对应相位的解调脉冲与反馈环节使得输出电压变小；达到积分器输出电压满足采集电路的要求，进而提高信噪比和精度。
在图1中，模拟管理电路与采集电路通过串口连接，其还提供探头驱动信号、检波解调脉冲、增益及反馈的选择信号。当管理电路获知积分器输出的电压过低时，其启用高增益档，并选择对应相位的解调脉冲和反馈系数，等待系统稳定后给采集电路应答信号，磁力仪便启用高增益档，用于测量微弱的磁场。当管理板获知模拟处理电路输出电压接近运放饱和电压时，其用低增益档，用于测量较大的磁场。
在图2中，脉冲发生器输出的4.8KHz脉冲与探头驱动电路连接，用于驱动磁通门探头，9.6KHz脉冲在移相后被任意选通至相敏检波器，微处理器与采集电路通信并控制着模拟处理电路的增益与反馈系数。
在图3中，磁通门探头的输出连接到INPUT，U6、R19、R21、R17及C27组成了一高精度放大器，U5、R16、R18、R23及R25共同构成带通滤波器，其放大并滤出磁通门探头输出的二次谐波，OUTPUT连接到增益选择模块，。
在图4中，KA0、KA1是来自管理电路的控制信号，IN1是传感器的输出信号，IN2是通过放大滤波∏后的信号，U3构成一个缓冲器，用来消除模拟开关接触电阻变化对信号的影响。
在图5中，INPUT为放大滤波∏的输出，U4构成检波器，U8与其外围电路构成低通滤波器，U7、R27、R24、C31构成积分器，积分器的输出OUTPUT除了供采集电路采集外，还连接到反馈环节给探头提供反馈。
在图6中，U1、U2、U4、U5、U6及U7为电源电路，U3产生探头驱动脉冲CLK_4.8KHz与解调脉冲CLK_9.6KHz，微控制器MSP1与采集电路通过串口连接并控制着换挡操作。
在图7中，CLK_9.6K来自图6中的时钟模块，U8、U10、U9、U11、U12、U13及其外围电路共同构成移相电路，U14、U15、U16将对应相位的解调脉冲选通输出，XCLK_9.6K，YCLK_9.6K，ZCLK_9.6K分别接到XYZ通道的检波器作为参考脉冲。

Claims (3)

1.一种磁通门磁力仪检测电路，其特征在于，是由磁通门探头与放大滤波I连接，磁通门探头和放大滤波I分别与增益选择连接，增益选择经放大滤波∏和检波积分与采集电路连接，检波积分经反馈选择与磁通门探头连接，模拟管理电路分别与增益选择和检波积分连接，模拟管理电路经探头驱动电路与磁通门探头连接，模拟管理电路经反馈选择与磁通门探头连接，模拟管理电路与采集电路连接构成。
2.按照权利要求1所述的磁通门磁力仪检测电路，其特征在于，模拟管理电路是由微处理器连接任意选通，脉冲发生器经移相I和移相∏分别与任意选通连接构成。
3.一种磁通门磁力仪检测精度提高方法，其特征在于，模拟管理电路根据外界磁场的大小同步调节增益、检波器解调脉冲的相位和反馈环节；当积分器输出电压过小，模拟管理电路则选用高增益通道，并自动选择与之对应相位的解调脉冲与反馈环节使得输出电压变大；当积分器输出电压达到运放的饱和电压，模拟管理电路则启用较低增益通道，并自动选择与之对应相位的解调脉冲与反馈环节使得输出电压变小；达到积分器输出电压满足采集电路的要求，进而提高信噪比和精度。
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