CN102576058A - 磁通门传感器的功率优化控制 - Google Patents

磁通门传感器的功率优化控制 Download PDF

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CN102576058A CN201080042524.7A CN201080042524A CN102576058A CN 102576058 A CN102576058 A CN 102576058A CN 201080042524 A CN201080042524 A CN 201080042524A CN 102576058 A CN102576058 A CN 102576058A
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Abstract

本发明涉及一种用于测量磁场的测量设备，其具有围绕软磁芯布置且与激励信号发生器连接的激励线圈以及围绕软磁芯布置且与分析处理单元连接的探测线圈，其中，所述激励信号发生器被构造成产生并且向所述激励线圈输出用于产生磁场的激励信号，其中，所述分析处理单元被构造成分析处理由探测线圈输出的测量信号。根据本发明，激励信号发生器包括直流信号发生器和与直流信号发生器串联的交流信号发生器。

Description

磁通门传感器的功率优化控制
背景技术
借助磁通门传感器的测量磁场的原理在实践中具有很多应用。所述测量原理基于借助于激励线圈的软磁芯的变换再磁化以及借助探测线圈的在此生成的取决于时间的磁通量的探测。在此，根据待测量的外部磁场通过软磁芯的磁化变化曲线来确定磁通量变化。
再磁化进行地越快，则由探测线圈产生的电压越大，从而既能够通过选择具有较高导磁率的磁芯以实现较陡的磁化迟滞也能够通过提高激励线圈的频率来增大由探测线圈产生的电压。
一种已知的测量方法根据探测线圈的电压脉冲来测量再磁化时刻。所述时刻取决于外部磁场并且因此是待测量的磁场的强度的度量。
磁通门传感器的测量区域取决于激励线圈的激励电压。激励电压越高，则用于再磁化偏移的空间越多，即能够测量的外部磁场越大。激励电压与外部磁场的可测量大小之间的关系在此几乎是线性的。
在实际应用中，感兴趣的磁场可能叠加有干扰场。如果所述干扰场是恒定的并且其大小是已知的，则对于测量而言可以补偿所述干扰场。然而问题在于，干扰场可能比待测量的磁场大得多。在这种情形中，必须如此扩展测量区域，使得能够测量干扰场和待测量的磁场的总和。这意味着也必须相应地增大激励电压，这导致测量设备的更高功率消耗。
发明内容
因此，本发明的任务在于，在较强干扰场的影响下降低用于磁场测量的磁通门传感器测量设备的功率消耗。
本发明的构思在于，应按照起作用的外部磁场来匹配激励电压，从而不扩展而是移动测量区域，由此减小激励电压的振幅。在相同的测量条件下，通过所述方式可以使功率消耗最小化。
因此，本发明的第一方面提供了一种用于测量磁场的测量设备，其具有围绕软磁芯布置并且与激励信号发生器连接的激励线圈以及围绕软磁芯布置并且与分析处理单元连接的探测线圈，其中，激励信号发生器被构造成产生并且向激励线圈输出用于产生磁场的激励信号，并且分析处理单元被构造成分析处理由探测线圈输出的测量信号。根据本发明，激励信号发生器包括用于产生恒定激励信号的直流信号发生器和用于产生交变激励信号的交流信号发生器，其中，直流信号发生器和交流信号发生器如此连接，使得恒定激励信号和交变激励信号彼此叠加。
恒定激励信号在测量期间实现已知的恒定干扰场的补偿，而可以在待测量磁场的大小允许的程度上减小交变激励信号的振幅。结果，与之前已知的增大激励信号振幅的情形相比，由此显著地降低了测量设备的由激励信号产生而引起的功率消耗。
优选地，直流信号发生器被构造成产生具有可选的值的恒定激励信号。替代地或附加地，交流信号发生器可以被构造成产生具有可选的振幅的交变激励信号。所述电路措施的优点在于，能够使激励信号的相应分量与相应磁场测量的情况相匹配。
特别优选地，交流信号发生器被构造成产生具有可选的振幅的、比由直流信号发生器产生的恒定激励信号更大的交变激励信号。由此确保，由恒定激励信号和交变激励信号的叠加产生的激励信号始终实现测量原理所基于的再磁化(Ummagnetisierung)。这例如可以通过如下方式来实现：交变信号发生器与直流信号发生器彼此连接并且交流信号发生器在数值上将所选择的恒定激励信号的大小以及可任选的偏移值加到所选择的振幅上。根据外部场，也可以使用没有正负号变化的激励信号。
交流信号发生器和直流信号发生器例如可以实现为串联的电压源或者并联的电流源。
本发明的第二方面提供了一种用于测量磁场的测量方法，所述测量方法包括以下步骤：
产生激励信号并且向围绕软磁芯布置的激励线圈输出所述激励信号；
通过激励线圈将激励信号变换成磁场；以及
通过围绕软磁芯布置的探测线圈将所述磁场变换成测量信号，并且向分析处理单元输出所述测量信号。
根据本发明，在产生激励信号的步骤中，恒定激励信号和交变激励信号叠加成激励信号。
有利地，可预给定恒定激励信号的值和/或交变激励信号的振幅。
特别有利地，交变激励信号的振幅大于恒定激励信号的值。根据外部场，还可以使用没有正负号变化的激励信号。
附图说明
以下根据附图详细阐述本发明。附图示出：
图1：磁通门传感器的结构；
图2：激励信号和测量信号的典型信号变化曲线的三个子图；以及
图3：根据本发明在测量设备的同时优化功率消耗的情况下已知恒定干扰场的补偿的示例的两个子图。
具体实施方式
图1示出磁通门传感器的结构。激励信号发生器11与围绕软磁芯30布置的激励线圈21(实线)的两个端部连接。探测线圈22(虚线)同样围绕软磁芯30布置，所述探测线圈22的两个端部与分析处理单元12连接。激励线圈21和探测线圈22彼此电绝缘并且与软磁芯30电绝缘。
图2在三个子图中示出激励信号和测量信号的典型信号变化曲线。子图a)示出在没有场的情况下激励信号(下方的时间轴)和测量信号(上方的时间轴)的信号变化曲线。由探测线圈22输出的测量信号在激励信号发生正负号变化或者过零的时刻示出短的电压脉冲(Spannungsausschlag)，所述电压脉冲的正负号取决于激励信号的正负号变化方向。
子图b)示出软磁芯30经受在测量过程期间保持恒定的外部场的情形下相应的信号变化曲线。由于软磁芯30中所述外部场与由激励信号产生的场的叠加，测量信号的短电压脉冲的时刻相对于过零的时刻发生移动，其中，移动方向取决于短电压脉冲的正负号或者激励信号的正负号变化的方向，因此一对电压脉冲分别彼此接近。在此，短电压脉冲的时间移动是外部场的强度的度量。
如果现在外部场变强使得电压脉冲对在时间上同时发生，则不再发生软磁芯30的再磁化，从而测量原理失效。在现有技术中，对于这种情形必须相应地增大激励信号的振幅，这显著地增大功率消耗。
第三子图c)示出存在外部场的另一情形，但所述外部场相对于子图b)的情形具有相反的正负号。测量信号的短电压脉冲的时刻同样相对于激励信号的过零时刻发生移动，其中，移动方向由于外部场的相反正负号也是相反的。
图3在两个子图中示出根据本发明在同时优化的测量设备功率消耗的情况下已知恒定干扰场的补偿的示例。子图a)示出的信号变化曲线对应于图2的子图c)的信号变化曲线。为了能够实施较强的外部场的测量，激励信号的振幅必须相应大。在测量由较强的已知干扰场叠加的较小的场的情形中，在现有技术中将激励信号的振幅选择得如此大，使得能够测量所述较小的场加上较强的已知干扰场。
子图b)示出如何根据本发明来补偿较强的已知干扰场而无需同时将激励信号的振幅增大到超过测量较小的场所需的程度。在子图b)的下方的时间轴中示出的激励信号具有直流分量V0，V0如此设定，使得软磁芯30中的较强的已知干扰场被补偿。直流分量V0在子图b)中表示为水平的虚线。在所示的情形中，待测量的较小的场等于0，因此测量信号中短电压脉冲的时刻与激励信号的交流分量穿过直流分量V0的时刻一致(参见垂直的虚线)。与没有干扰场的测量环境相比，在使用根据本发明的测量原理的情况下，激励信号的振幅保持不变，仅仅直流分量V0的产生意味着测量设备的功率消耗的一定程度的提高。总体上显著降低了所需的功率。此外，可以在激励信号的斜率(AV/At)保持不变的情况下增加每时间单位的测量次数或者激励信号的(交流分量的)频率，这尤其可用于通过多次测量的平均的测量结果改善或者用于快速变化的场的测量。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.用于测量磁场的测量设备，所述测量设备具有
围绕软磁芯(30)布置并且与激励信号发生器(11)连接的激励线圈(21)以及
围绕所述软磁芯(30)布置并且与分析处理单元(12)连接的探测线圈(22)，
其中，
所述激励信号发生器(11)被构造成产生并且向所述激励线圈(21)输出用于产生磁场的激励信号，并且，
所述分析处理单元(12)被构造成分析处理由所述探测线圈(22)输出的测量信号，并且，
所述激励信号发生器(11)包括用于产生恒定激励信号的直流信号发生器和用于产生交变激励信号的交流信号发生器，并且，
所述直流信号发生器和所述交流信号发生器如此彼此连接，使得所述恒定激励信号和所述交变激励信号叠加，
其特征在于，
所述直流信号发生器产生一恒定激励信号，所述恒定激励信号补偿施加在所述测量设备上的恒定干扰场。
2.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于，所述直流信号发生器被构造成产生具有一可选的值的恒定激励信号。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的测量设备，其特征在于，所述交流信号发生器被构造成产生具有一可选的振幅的交变激励信号。
4.根据权利要求2和3所述的测量设备，其特征在于，所述交流信号发生器被构造成产生具有一可选的振幅的、比由所述直流信号发生器产生的恒定激励信号更大的交变激励信号。
5.根据以上权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，所述直流信号发生器和所述交流信号发生器是电压源并且彼此串联。
6.根据权利要求1到4中任一项所述的测量设备，其特征在于，所述直流信号发生器和所述交流信号发生器是电流源并且彼此并联。
7.用于测量磁场的测量方法，所述测量方法包括以下步骤：
产生一激励信号并且向围绕软磁芯(30)布置的激励线圈(21)输出所述激励信号；
通过所述激励线圈(21)将所述激励信号变换成磁场；以及
通过围绕所述软磁芯(30)布置的探测线圈(22)将所述磁场变换成测量信号并且向分析处理单元(12)输出所述测量信号，
其中，在产生所述激励信号的步骤中，将一恒定激励信号和一交变激励信号叠加成所述激励信号
其特征在于，
产生一恒定激励信号，所述恒定激励信号补偿施加在所述测量设备上的恒定干扰场。
8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述恒定激励信号的值是可预给定的。
9.根据权利要求7或8中任一项所述的测量方法，其特征在于，所述交变激励信号的振幅是可预给定的。
10.根据权利要求8和9所述的测量方法，其特征在于，所述交变激励信号的振幅大于所述恒定激励信号的值。

Claims (10)

1.用于测量磁场的测量设备，所述测量设备具有围绕软磁芯(30)布置并且与激励信号发生器(11)连接的激励线圈(21)以及围绕所述软磁芯(30)布置并且与分析处理单元(12)连接的探测线圈(22)，其中，所述激励信号发生器(11)被构造成产生并且向所述激励线圈(21)输出用于产生磁场的激励信号，其中，所述分析处理单元(12)被构造成分析处理由所述探测线圈(22)输出的测量信号，其特征在于，所述激励信号发生器(11)包括用于产生恒定激励信号的直流信号发生器和用于产生交变激励信号的交流信号发生器，其中，所述直流信号发生器和所述交流信号发生器如此彼此连接，使得所述恒定激励信号和所述交变激励信号叠加。
2.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于，所述直流信号发生器被构造成产生具有一可选的值的恒定激励信号。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的测量设备，其特征在于，所述交流信号发生器被构造成产生具有一可选的振幅的交变激励信号。
4.根据权利要求2和3所述的测量设备，其特征在于，所述交流信号发生器被构造成产生具有一可选的振幅的、比由所述直流信号发生器产生的恒定激励信号更大的交变激励信号。
5.根据以上权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，所述直流信号发生器和所述交流信号发生器是电压源并且彼此串联。
6.根据权利要求1到4中任一项所述的测量设备，其特征在于，所述直流信号发生器和所述交流信号发生器是电流源并且彼此并联。
7.用于测量磁场的测量方法，所述测量方法包括以下步骤：
产生一激励信号并且向围绕软磁芯(30)布置的激励线圈(21)输出所述激励信号；
通过所述激励线圈(21)将所述激励信号变换成磁场；以及
通过围绕所述软磁芯(30)布置的探测线圈(22)将所述磁场变换成测量信号并且向分析处理单元(12)输出所述测量信号，
其特征在于，在产生所述激励信号的步骤中，将一恒定激励信号和一交变激励信号叠加成所述激励信号。
8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述恒定激励信号的值是可预给定的。
9.根据权利要求7或8中任一项所述的测量方法，其特征在于，所述交变激励信号的振幅是可预给定的。
10.根据权利要求8和9所述的测量方法，其特征在于，所述交变激励信号的振幅大于所述恒定激励信号的值。
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