CN107544039B - 外置反馈线圈的微型磁阻磁强计 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种外置反馈线圈的微型磁阻磁强计，包括壳体、传感器X、传感器Y、传感器Z、磁场模拟信号处理电路X、磁场模拟信号处理电路Y、磁场模拟信号处理电路Z等，其中所述激励模块与传感器X、传感器Y、传感器Z相连接；所述电源模块的输入端通过电源开关与电源输入接口相连接，输出端分别与磁场模拟信号处理电路X、磁场模拟信号处理电路Y、磁场模拟信号处理电路Z、主控数字电路、激励模块相连接；所述外置反馈线圈与磁场模拟信号处理电路X、磁场模拟信号处理电路Y和磁场模拟信号处理电路Z相连接。本发明通过外置反馈，实现了磁阻传感器的三轴正交性、低功耗、高分辨率和微体积，同时还具有数据存储和与PC通信的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁阻磁强计，特别涉及一种外置反馈线圈的微型磁阻磁强计。
背景技术
磁阻磁强计可以做成体积小、重量轻、分辨率高，既可以测量总场，也可以测量矢量，广泛地应用于探矿、地下钻孔、位置检测、航海系统等方面。其工作原理是利用各向异性磁阻效应磁阻传感器是以硅作为衬底，在其上制作四个相同的铁镍合金带形成惠斯通电桥，当通电磁性薄膜置于外加磁场中时，薄膜电阻将会发生变化，即在线性范围内，输出电压和被测磁场强度成正比。
现有技术中，磁阻磁强计一般采用开环的工作方式，即通过放大和滤波等信号处理后直接输出表示所测磁场信号的电压值。若采用闭环工作模式，是利用OFFSET strap来做反馈，用所反馈的电压值来表示所测磁场信号，这种工作方式的不足之处在于：一方面磁阻芯片自身的轴向和机械安装对准方向都很难保证磁阻传感器的三分量正交性，另一方面OFFSET strap所需要的反馈电流较大，增加了磁阻磁强计的功耗。
发明内容
本发明为了克服现有技术中存在的不足，提供一种外置反馈线圈的微型磁阻磁强计。本发明具有三轴正交性好、功耗低、分辨率高和体积小的特点。
为实现上述目的，本发明提供一种外置反馈线圈的微型磁阻磁强计，包括壳体、传感器X、传感器Y、传感器Z、磁场模拟信号处理电路X、磁场模拟信号处理电路Y、磁场模拟信号处理电路Z、主控数字电路、激励模块、电源模块和外置反馈线圈，所述磁场信号处理电路板A、磁场信号处理电路板B和磁场信号处理电路板C包含传感器X、传感器Y、传感器Z、磁场模拟信号处理电路X、磁场模拟信号处理电路Y、磁场模拟信号处理电路Z、主控数字电路、激励模块和电源模块，其延伸部分放置于外置反馈线圈内，所述壳体用于组装上述所有部件，其中，所述传感器X、传感器Y和传感器Z分别与磁场模拟信号处理电路X、磁场模拟信号处理电路Y和磁场模拟信号处理电路Z相连接，所述磁场模拟信号处理电路X、磁场模拟信号处理电路Y和磁场模拟信号处理电路Z将传感器输出信号进行放大、交流耦合、相敏解调、积分和滤波后，输出信号与主控数字电路相连接；主控数字电路还与串行口相连接；所述激励模块分别与传感器X、传感器Y、传感器Z相连接，其连接方式为串行方式，所述电源模块的输入端通过电源开关与电源输入接口相连接，输出端分别与传感器X、传感器Y、传感器Z、磁场模拟信号处理电路X、磁场模拟信号处理电路Y、磁场模拟信号处理电路Z、主控数字电路、激励模块相连接以提供电能；其特征在于，所述外置反馈线圈与磁场模拟信号处理电路X、磁场模拟信号处理电路Y和磁场模拟信号处理电路Z的U/I转换电路相连接。
其中，传感器X、传感器Y、传感器Z分别沿相同传感器的直角三坐标轴的方向。
其中，磁场信号处理电路板A、磁场信号处理电路板B和磁场信号处理电路板C并列排列，其一端凸出形成延伸部分，延伸部分可插入到外置反馈线圈的骨架上。
进一步地，传感器X、传感器Y、传感器Z分别设置在三个电路板的延伸部分上，或者磁场模拟信号处理电路Y和磁场模拟信号处理电路Z合并为一个电路板，传感器Y、传感器Z均设置在该同一电路板的延伸部分上。
其中，外置反馈线圈是用漆包线在骨架上绕制而成，正方形的骨架上每两个相对的面上绕制平行的漆包线。
其中，正方形的骨架上每两个相对的面上都刻有凹坑构成井字形以容纳漆包线。
其中，激励模块和电源模块依次设置在磁场信号处理电路板A上。
与现有技术相比，本发明的外置反馈线圈的微型磁阻磁强计的优点在于：通过外置的反馈线圈来达到闭环工作模式，能够保证三轴正交性，降低功耗，提高分辨率。并通过合理的电路设计和机械设计实现了磁阻磁强计的微型化设计，同时还实现了仪器的数据存储、与PC通信的功能。
附图说明
图1是本发明的外置反馈线圈的微型磁阻磁强计的结构示意图。
图2是外置反馈线圈的微型磁阻磁强计中的外置反馈线圈骨架示意图。
图3是外置反馈线圈的微型磁阻磁强计中的磁场模拟信号处理电路示意图。
图4是外置反馈线圈的微型磁阻磁强计中的主控数字电路连接示意图。
图5是外置反馈线圈的微型磁阻磁强计中的激励信号连接示意图。
图6是外置反馈线圈的微型磁阻磁强计中的电源模块连接示意图。
其中：1-壳体，2-传感器X，3-传感器Y，4-传感器Z，5-磁场模拟信号处理电路X，6-磁场模拟信号处理电路Y，7-磁场模拟信号处理电路Z，8-主控数字电路，9-激励模块，10-电源模块，11-外置反馈线圈，12-磁场信号处理电路板A，13-磁场信号处理电路板B，14-磁场信号处理电路板C。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
图1显示了本发明的外置反馈线圈的微型磁阻磁强计的结构示意图，该磁强计包括壳体1、传感器X 2、传感器Y 3、传感器Z 4、磁场模拟信号处理电路板X 5、磁场模拟信号处理电路Y 6、磁场模拟信号处理电路Z 7、主控数字电路8、激励模块9、电源模块10和外置反馈线圈11。所述磁场信号处理电路板A1 2、磁场信号处理电路板B1 3和磁场信号处理电路板C1 4包含传感器X 2、传感器Y 3、传感器Z 4、磁场模拟信号处理电路X 5、磁场模拟信号处理电路Y 6、磁场模拟信号处理电路Z 7、主控数字电路8、激励模块9和电源模块10，其延伸部分放置于外置反馈线圈11内，用于处理传感器X、传感器Y和传感器Z感应的磁场信号，三电路板之间的电连接通过焊接线缆完成，其延伸部分插入外置反馈线圈11内固定；所述壳体1用于组装上述所有电路板及外置反馈线圈11；所述传感器X 2、传感器Y 3和传感器Z 4分别沿相同传感器的直角三坐标轴的方向安装，用于测量磁场三分量信号，分别与磁场模拟信号处理电路X 5、磁场模拟信号处理电路Y 6和磁场模拟信号处理电路Z 7相连接；所述磁场模拟信号处理电路X 5、磁场模拟信号处理电路Y6和磁场模拟信号处理电路Z 7将传感器输出信号进行放大电路、交流耦合电路、相敏解调电路、积分电路和滤波电路后，其输出信号与主控数字电路相连接，积分电路输出经过反馈驱动电路与传感器连接，如图2所示；外置反馈线圈11是用漆包线在骨架上绕制而成，正方形的骨架上每两个相对的面上绕制平行的漆包线，形成三个相互正交的反馈线圈，并通过线缆与磁场模拟信号处理电路X5、磁场模拟信号处理电路Y 6和磁场模拟信号处理电路Z 7连接，外置反馈线圈11与传统的内部反馈相比能够降低所需反馈电流量，进而降低了电路的功耗，还有利于三轴正交性的调整。其结构如图3所示；主控数字电路8用于完成磁场模拟信号处理电路X 5、磁场模拟信号处理电路Y 6和磁场模拟信号处理电路Z 7输出信号的数字采集，其还与串行口相连接，作为仪器的输出接口，如图4所示；所述激励模块9与传感器X 2、传感器Y 3、传感器Z 4相连接，其连接方式为串行方式，如图5所示；所述电源模块10的输入端与电源输入接口相连接，输出端分别与传感器X 2、传感器Y 3、传感器Z 4、磁场模拟信号处理电路X 5、磁场模拟信号处理电路Y 6、磁场模拟信号处理电路Z 7、主控数字电路8、激励模块9相连接，如图6所示；电源输入接口为仪器的输入接口，串行口为仪器的输出接口，输入输出接口可共用一个接口，其对外输出通过电缆完成；与现有技术相比，本发明所涉及的一种外置反馈线圈的微型磁阻磁强计的优点在于：通过外置的反馈线圈来达到闭环工作模式，能够保证三轴正交性，降低功耗，提高分辨率。并通过合理的电路设计和机械设计实现了磁阻磁强计的微型化设计，同时还实现了仪器的数据存储、与PC通信的功能。
需要说明的是，以上介绍的本发明的实施方案而并非限制。本领域的技术人员应当理解，任何对本发明技术方案的修改或者等同替代都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
Claims (3)
1.一种外置反馈线圈的微型磁阻磁强计，包括壳体、传感器X、传感器Y、传感器Z、磁场模拟信号处理电路X、磁场模拟信号处理电路Y、磁场模拟信号处理电路Z、主控数字电路、激励模块、电源模块和外置反馈线圈，磁场信号处理电路板A、磁场信号处理电路板B和磁场信号处理电路板C包含传感器X、传感器Y、传感器Z、磁场模拟信号处理电路X、磁场模拟信号处理电路Y、磁场模拟信号处理电路Z、主控数字电路、激励模块和电源模块，其延伸部分放置于外置反馈线圈内，壳体用于组装上述所有部件，其中，所述传感器X、传感器Y和传感器Z分别与磁场模拟信号处理电路X、磁场模拟信号处理电路Y和磁场模拟信号处理电路Z相连接，所述磁场模拟信号处理电路X、磁场模拟信号处理电路Y和磁场模拟信号处理电路Z将传感器输出信号进行放大、交流耦合、相敏解调、积分和滤波后，输出信号与主控数字电路相连接；主控数字电路还与串行口相连接；所述激励模块分别与传感器X、传感器Y、传感器Z相连接，其连接方式为串行方式，所述电源模块的输入端与电源输入接口相连接，输出端分别与传感器X、传感器Y、传感器Z、磁场模拟信号处理电路X、磁场模拟信号处理电路Y、磁场模拟信号处理电路Z、主控数字电路、激励模块相连接以提供电能；其特征在于，所述外置反馈线圈与磁场模拟信号处理电路X、磁场模拟信号处理电路Y和磁场模拟信号处理电路Z的反馈驱动电路相连接；
传感器X、传感器Y、传感器Z分别沿相同传感器的直角三坐标轴的方向，外置反馈线圈是用漆包线在骨架上绕制而成，正方形的骨架上每两个相对的面上绕制平行的漆包线，形成三个相互正交的反馈线圈，并通过线缆与磁场模拟信号处理电路X 、磁场模拟信号处理电路Y 和磁场模拟信号处理电路Z 连接；
其中，传感器X、传感器Y、传感器Z分别设置在三个电路板的延伸部分上，或者磁场模拟信号处理电路Y和磁场模拟信号处理电路Z合并为一个电路板，传感器Y、传感器Z均设置在该同一电路板的延伸部分上；磁场信号处理电路板A、磁场信号处理电路板B、 磁场信号处理电路板C并列排列，其一端凸出形成延伸部分，延伸部分可插入到外置反馈线圈的骨架上。
2.如权利要求1所述的外置反馈线圈的微型磁阻磁强计，其中，正方形的骨架上每两个相对的面上都刻有凹坑构成井字形以容纳漆包线。
3.如权利要求1或2所述的外置反馈线圈的微型磁阻磁强计，其中，激励模块和电源模块依次设置在磁场信号处理电路板A上。
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