CN106885996A - 一种宽频复合磁传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种宽频复合磁传感器，是由感应式磁传感器初级探头和感应式磁传感器次级探头安装在两端，磁通门传感器探头安装在感应式传感器空心磁芯中间位置，感应式磁传感器初级探头、感应式磁传感器次级探头和磁通门传感器探头固定在外壳内并通过多芯屏蔽线缆连接调理电路构成。宽频复合磁传感器包括高频和低频两种工作模式，磁通门传感器探头固定在感应式磁传感器初级探头与感应式磁传感器次级探头中间位置的复合磁传感器结构，与传统单一磁通门传感器相比，提高了磁通门传感器的灵敏度，克服了单一磁通门传感器高频噪声高，和单一感应式磁传感器低频噪声高以及无法测量静磁场的不足，从而实现了宽频带低噪声的磁场测量。

Description

一种宽频复合磁传感器
技术领域：
本发明涉及一种磁场监测装置，尤其是一种用于地球磁场监测的宽频复合磁传感器。
背景技术：
感应式磁传感器与磁通门传感器广泛应用于不同环境下的磁场监测，但受自身工作原理限制，感应式磁传感器只能测量交变磁场，而且频率越低，自身噪声越大；磁通门传感器可以测量DC-kHz范围磁场，但在高频段噪声较大，感应式磁传感器与磁通门传感器噪声对比如图1所示。
针对单一感应式磁传感器或磁通门传感器无法实现全频带低噪声磁场测量的问题，CN102736113A提出了一种适用于DC-10kHz的超宽频弱磁传感器，使用长方体高导磁磁棒作为感应式磁传感器磁芯，并在表面粘贴时间差磁通门传感器的敏感元件，这种复合磁传感器能够实现宽频磁场测量，但由于高磁导率磁棒对磁通门敏感元件的影响，导致此结构下磁通门传感器的灵敏度较低。
发明内容：
本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种在实现超宽频磁场测量的同时，提高磁通门传感器的灵敏度的宽频复合磁传感器。
本发明的目的是通过以下方式实现的：
一种宽频复合磁传感器，包括磁通门传感器探头3内的磁通门传感器磁芯10两端分别插入感应式磁传感器初级探头1和感应式磁传感器次级探头2的感应式磁传感器空心磁芯7中，并固定在外壳4内，感应式磁传感器初级探头1、感应式磁传感器次级探头2和磁通门传感器探头3分别通过多芯屏蔽线缆5与调理电路6连接构成复合磁传感器。
磁通门传感器探头3是在磁通门传感器骨架11中心装有磁通门传感器磁芯10，磁通门传感器骨架11外表面分别绕制磁通门传感器初级激励线圈12、磁通门传感器次级激励线圈13和磁通门传感器感应线圈14；磁通门传感器骨架11外表面由隔板分成3段，两端分别绕制磁通门传感器初级激励线圈12和磁通门传感器次级激励线圈13，中间绕制磁通门传感器感应线圈14；磁通门传感器初级激励线圈12内端与磁通门传感器次级激励线圈13内端串接，磁通门传感器初级激励线圈12外端和磁通门传感器次级激励线圈13外端通过多芯屏蔽线缆5分别与调理电路6连接，磁通门传感器感应线圈14两端通过多芯屏蔽线缆5分别与调理电路6连接。
感应式磁传感器初级探头1和感应式磁传感器次级探头2是在感应式磁传感器骨架8的中心装有感应式磁传感器空心磁芯7，并在外部绕制感应式磁传感器感应线圈9，感应式磁传感器初级探头1内端和感应式磁传感器次级探头2内端串接，感应式磁传感器初级探头1外端和感应式磁传感器次级探头2外端通过多芯屏蔽线缆5分别与调理电路6连接。
感应式磁传感器空心磁芯7是用高磁导率条带卷绕制成的空心圆筒或长方体空心棒。
一种宽频复合磁传感器的工作模式包括高频模式和低频模式；
—高频模式，感应式磁传感器输入开关15闭合，磁通门传感器输入开关16和磁通门传感器激励开关17断开，输出开关18接通高频回路，感应式磁传感器感应线圈9两端的感应信号经过调理电路6内的低噪声放大电路放大后输出；
—低频模式，感应式磁传感器输入开关15断开，磁通门传感器输入开关16和磁通门传感器激励开关17闭合，输出开关18接通低频回路，激励信号电路产生激励信号并送入串联连接的磁通门传感器初级激励线圈12和磁通门传感器次级激励线圈13，磁通门传感器感应线圈14两端的感应信号经过调理电路6内的信号调理电路调理后输出。
有益效果：利用磁通门传感器低频噪声低以及感应式磁传感器高频噪声低的优点，设计了一种宽频复合磁传感器，磁通门传感器探头固定在感应式磁传感器初级探头与感应式磁传感器次级探头中间位置的复合磁传感器结构，与传统单一磁通门传感器相比，提高了磁通门传感器的灵敏度，克服了单一磁通门传感器高频噪声高，和单一感应式磁传感器低频噪声高以及无法测量静磁场的不足，从而实现了宽频带低噪声的磁场测量。
附图说明：
图1感应式磁传感器与磁通门传感器噪声对比示意图
图2复合磁传感器结构图
图3感应式磁传感器初级探头1或感应式磁传感器次级探头2结构图
图4磁通门传感器探头3结构图
图5调理电路6原理图
1感应式磁传感器初级探头，2感应式磁传感器次级探头，3磁通门传感器探头，4外壳，5多芯屏蔽线缆，6调理电路，7感应式磁传感器空心磁芯，8感应式磁传感器骨架，9感应式磁传感器感应线圈，10磁通门传感器磁芯，11磁通门传感器骨架，12磁通门传感器初级激励线圈，13磁通门传感器次级激励线圈，14磁通门传感器感应线圈，15感应式磁传感器输入开关，16磁通门传感器输入开关，17磁通门传感器激励开关，18输出开关。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：
一种宽频复合磁传感器，包括磁通门传感器探头3内的磁通门传感器磁芯10两端分别插入感应式磁传感器初级探头1和感应式磁传感器次级探头2的空心磁芯7中，并固定在外壳4内，感应式磁传感器初级探头1、感应式磁传感器次级探头2和磁通门传感器探头3分别通过多芯屏蔽线缆5与调理电路6连接构成复合磁传感器。
磁通门探头3包括绕在传感器磁芯10外的磁通门传感器初级激励线圈12、磁通门传感器次级激励线圈13和置于磁通门传感器初级激励线圈12和磁通门传感器次级激励线圈13其外中间段的磁通门传感器感应线圈14构成，磁通门传感器初级激励线圈12内端和磁通门传感器次级激励线圈13内端连接，，磁通门传感器初级激励线圈12外端和磁通门传感器次级激励线圈13外端通过多芯屏蔽线缆5分别与调理电路6连接，磁通门传感器感应线圈14两端通过多芯屏蔽线缆5分别与调理电路6连接。
感应式磁传感器初级探头1和感应式磁传感器次级探头2是在感应式磁传感器骨架8的中心装有感应式磁传感器空心磁芯7，并在外部绕制感应式磁传感器感应线圈9，感应式磁传感器初级探头1内端和感应式磁传感器次级探头2内端串接，感应式磁传感器初级探头1外端和感应式磁传感器次级探头2外端通过多芯屏蔽线缆5分别与调理电路6连接。
感应式磁传感器空心磁芯7是用高磁导率条带卷绕制成的空心圆筒或长方体空心棒。
一种宽频复合磁传感器的工作模式包括高频模式和低频模式；
—高频模式，感应式磁传感器输入开关15闭合，磁通门传感器输入开关16和磁通门传感器激励开关17断开，输出开关18接通高频回路，感应式磁传感器感应线圈9两端的感应信号经过调理电路6内的低噪声放大电路放大处理后输出；
—低频模式，感应式磁传感器输入开关15断开，磁通门传感器输入开关16和磁通门传感器激励开关17闭合，输出开关18接通低频回路，激励信号电路产生激励信号并送入串联连接的磁通门传感器初级激励线圈12和磁通门传感器次级激励线圈13，磁通门传感器感应线圈14两端的感应信号经过调理电路6内的信号调理电路调理后输出。
一种宽频复合磁传感器，是由感应式磁传感器初级探头1和感应式磁传感器次级探头2安装在外壳4内两端，磁通门传感器探头3固定在感应式磁传感器初级探头1和感应式磁传感器次级探头2的中间位置，感应式磁传感器初级探头1、感应式磁传感器次级探头2和磁通门传感器探头3通过多芯屏蔽线缆5连接调理电路6构成。
感应式磁传感器初级探头1以及感应式磁传感器次级探头2是在感应式磁传感器骨架8的中心安装感应式磁传感器空心磁芯7，并在外部绕制感应式磁传感器感应线圈9。
感应式磁传感器空心磁芯7是由高磁导率条带材料卷绕制成。
感应式磁传感器骨架8为空心管状结构，外表面设有多个隔板将绕线区域分成多段。
感应式磁传感器感应线圈9是用漆包线以分段方式绕制在感应式磁传感器骨架8外表面各段区间内。
感应式磁传感器初级探头1以及感应式磁传感器次级探头2包含的感应式磁传感器感应线圈9的绕线方向相同并串联连接。
磁通门传感器探头3，是在磁通门传感器骨架11中心位置安装磁通门传感器磁芯10，磁通门传感器骨架11外表面分别绕制磁通门传感器初级激励线圈12、磁通门传感器次级激励线圈13以及磁通门传感器感应线圈14。
磁通门传感器磁芯10是由高磁导率条带制成。
磁通门传感器骨架11外表面由隔板分成3段，两端绕制磁通门传感器初级激励线圈12、磁通门传感器次级激励线圈13，中间绕制磁通门传感器感应线圈14。
磁通门传感器初级激励线圈12以及磁通门传感器次级激励线圈13分别使用漆包线同向绕制在磁通门传感器骨架11两端并串联连接。
宽频复合磁传感器，是由感应式磁传感器初级探头1和感应式磁传感器次级探头2安装在外壳4内两端且间距为30-80mm，磁通门传感器探头3固定在感应式磁传感器初级探头1和感应式磁传感器次级探头2的中间位置，感应式磁传感器初级探头1、感应式磁传感器次级探头2和磁通门传感器探头3通过多芯屏蔽线缆5连接调理电路6构成。
感应式磁传感器初级探头1与感应式磁传感器次级探头2结构相同。
感应式磁传感器初级探头1以及感应式磁传感器次级探头2，是在感应式磁传感器骨架8的中心安装感应式磁传感器空心磁芯7，并在外部绕制感应式磁传感器感应线圈9。
感应式磁传感器空心磁芯7是由厚度0.1mm的坡莫合金条带卷绕成空心圆筒，磁芯长度为100mm-300mm,外径为10mm-30mm且厚度不小于2mm。
感应式磁传感器骨架8为塑料空心圆管，内径与感应式磁传感器空心磁芯7外径相同，长度为感应式磁传感器空心磁芯7长度的0.5-1倍，外表面设有多个高度5mm的隔板将绕线区域分成10-20段。
感应式磁传感器感应线圈9是使用漆包线以分段方式绕制在感应式磁传感器骨架8外表面各段区间内，匝数为1000-20000匝。
感应式磁传感器初级探头1以及感应式磁传感器次级探头2包含的感应式磁传感器感应线圈9的绕线方向相同并串联连接。
磁通门传感器探头3，是在磁通门传感器骨架11中心位置安装磁通门传感器磁芯10，磁通门传感器骨架11外表面分别绕制磁通门传感器初级激励线圈12、磁通门传感器次级激励线圈13以及磁通门传感器感应线圈14。
磁通门传感器磁芯10是由钴基非晶合金条带制成，长度为100mm,宽1mm，厚度0.05mm。
磁通门传感器骨架11外表面由隔板分成3段，两端绕制磁通门传感器初级激励线圈12、磁通门传感器次级激励线圈13，中间绕制磁通门传感器感应线圈14。
磁通门传感器初级激励线圈12以及磁通门传感器次级激励线圈13使用漆包线同向绕制在磁通门传感器骨架11两端并串联连接，匝数为100-300匝。
磁通门传感器感应线圈14使用漆包线绕制在磁通门传感器骨架11中间，匝数为1000-2000匝。
宽频复合磁传感器工作在高频模式时，感应式磁传感器输入开关15闭合，磁通门传感器输入开关16、磁通门传感器激励开关17断开，输出开关18接通高频回路；宽频复合磁传感器工作在低频模式时，感应式磁传感器输入开关15断开，磁通门传感器输入开关16、磁通门传感器激励开关17闭合，输出开关18接通低频回路。
实施例1
宽频复合磁传感器，是由感应式磁传感器初级探头1和感应式磁传感器次级探头2安装在外壳4内两端且间距为40mm，磁通门传感器探头3固定在感应式磁传感器初级探头1、感应式磁传感器次级探头2的中间位置，感应式磁传感器初级探头1、感应式磁传感器次级探头2和磁通门传感器探头3通过六芯屏蔽线缆5连接调理电路6构成。
感应式磁传感器初级探头1与感应式磁传感器次级探头2结构相同。
感应式磁传感器初级探头1以及感应式磁传感器次级探头2，是在感应式磁传感器骨架8的中心安装感应式磁传感器空心磁芯7，并在外部绕制感应式磁传感器感应线圈9。
感应式磁传感器空心磁芯7是由厚度0.1mm的坡莫合金条带卷绕成空心圆筒，磁芯长度为200mm,外径为15mm且厚度为3.5mm。
感应式磁传感器骨架8为塑料空心圆管，内径与感应式磁传感器空心磁芯7外径相同，长度为感应式磁传感器空心磁芯7长度的0.6倍，外表面设有多个高度5mm的隔板将绕线区域分成20段。
感应式磁传感器感应线圈9是使用线径为0.15mm的漆包线以分段方式绕制在感应式磁传感器骨架8外表面各段区间内，匝数为20000匝。
感应式磁传感器初级探头1以及感应式磁传感器次级探头2包含的感应式磁传感器感应线圈9的绕线方向相同并串联连接。
磁通门传感器探头3，是在磁通门传感器骨架11中心位置安装磁通门传感器磁芯10，磁通门传感器骨架11外表面分别绕制磁通门传感器初级激励线圈12、磁通门传感器次级激励线圈13以及磁通门传感器感应线圈14。
磁通门传感器磁芯10是由钴基非晶合金条带制成，长度为100mm,宽1mm，厚度0.05mm。
磁通门传感器骨架11外表面由隔板分成3段，两端绕制磁通门传感器初级激励线圈12、磁通门传感器次级激励线圈13，宽度为10mm，中间绕制磁通门传感器感应线圈14，宽度为80mm。
磁通门传感器初级激励线圈12以及磁通门传感器次级激励线圈13使用漆包线同向绕制在磁通门传感器骨架11两端并串联连接，匝数为100匝。
磁通门传感器感应线圈14使用漆包线绕制在磁通门传感器骨架11中间，匝数为1000匝。
宽频复合磁传感器工作在高频模式时，感应式磁传感器输入开关15闭合，磁通门传感器输入开关16、磁通门传感器激励开关17断开，输出开关18接通高频回路，感应式磁传感器感应线圈9两端的感应信号经过调理电路6内的低噪声放大电路放大处理后输出；宽频复合磁传感器工作在低频模式时，感应式磁传感器输入开关15断开，磁通门传感器输入开关16、磁通门传感器激励开关17闭合，输出开关18接通低频回路，激励信号电路产生激励信号送入串联连接的磁通门传感器初级激励线圈12以及磁通门传感器次级激励线圈13两端，磁通门传感器感应线圈14两端的感应信号经过调理电路6内的信号调理电路调理后输出。

Claims (6)

1.一种宽频复合磁传感器，其特征在于，包括磁通门传感器探头(3)内的磁通门传感器磁芯(10)两端分别插入感应式磁传感器初级探头(1)和感应式磁传感器次级探头(2)的空心磁芯(7)中，并固定在外壳(4)内，感应式磁传感器初级探头(1)、感应式磁传感器次级探头(2)和磁通门传感器探头(3)分别通过多芯屏蔽线缆(5)与调理电路(6)连接构成复合磁传感器。
2.按照权利要求1所述的一种宽频复合磁传感器，其特征在于，磁通门传感器探头(3)是在磁通门传感器骨架(11)中心装有磁通门传感器磁芯(10)，磁通门传感器骨架(11)外表面分别绕制磁通门传感器初级激励线圈(12)、磁通门传感器次级激励线圈(13)和磁通门传感器感应线圈(14)；磁通门传感器骨架(11)外表面由隔板分成(3)段，两端分别绕制磁通门传感器初级激励线圈(12)和磁通门传感器次级激励线圈(13)，中间绕制磁通门传感器感应线圈(14)；磁通门传感器初级激励线圈(12)内端与磁通门传感器次级激励线圈(13)内端串接，磁通门传感器初级激励线圈(12)外端和磁通门传感器次级激励线圈(13)外端通过多芯屏蔽线缆(5)分别与调理电路(6)连接，磁通门传感器感应线圈(14)两端通过多芯屏蔽线缆(5)分别与调理电路(6)连接。
3.按照权利要求2所述的一种宽频复合磁传感器，其特征在于，磁通门传感器初级激励线圈(12)和磁通门传感器次级激励线圈(13)分别同向绕制在磁通门传感器骨架(11)两端串联连接。
4.按照权利要求1所述的一种宽频复合磁传感器，其特征在于，感应式磁传感器初级探头(1)和感应式磁传感器次级探头(2)是在感应式磁传感器骨架(8)的中心装有感应式磁传感器空心磁芯(7)，并在外部绕制感应式磁传感器感应线圈(9)，感应式磁传感器初级探头(1)的内端和感应式磁传感器次级探头(2)的内端串接，感应式磁传感器初级探头(1)的外端和感应式磁传感器次级探头(2)的外端通过多芯屏蔽线缆(5)分别与调理电路(6)连接。
5.按照权利要求1所述的一种宽频复合磁传感器，其特征在于，感应式磁传感器空心磁芯(7)是用高磁导率条带卷绕制成的截面空心圆筒或长方体空心棒。
6.按照权利要求1所述的一种宽频复合磁传感器，其特征在于，工作模式包括高频模式和低频模式；
—高频模式，感应式磁传感器输入开关(15)闭合，磁通门传感器输入开关(16)和磁通门传感器激励开关(17)断开，输出开关(18)接通高频回路，感应式磁传感器感应线圈(9)两端的感应信号经过调理电路(6)内的低噪声放大电路放大处理后 输出；
—低频模式，感应式磁传感器输入开关(15)断开，磁通门传感器输入开关(16)和磁通门传感器激励开关(17)闭合，输出开关(18)接通低频回路，激励信号电路产生激励信号后送入串联连接的磁通门传感器初级激励线圈(12)和磁通门传感器次级激励线圈(13)，磁通门传感器感应线圈(14)两端的感应信号经过调理电路(6)内的信号调理电路调理后输出。
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