CN107643498B - 一种基于磁通门传感器的测磁系统及测磁方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁通门传感器的测磁系统及测磁方法，调理电路中的电流源反馈单元为自闭环反馈单元，其输出的反馈电流只受到电流源反馈单元的输入电压的影响，其向磁通门传感器反馈的电流不受磁通门传感器的内阻以及磁通门传感器与调理电路之间的导线的长度、导线的粗细和导线材料的影响，而电流源反馈单元的输入电压正比于检测的磁场强度的大小，因此电流源反馈的电流大小正比于磁场强度，不受其它影响，提高了测磁的精确度。

Description

一种基于磁通门传感器的测磁系统及测磁方法

技术领域

本发明涉及地磁测量技术领域，具体涉及一种基于磁通传感器的测磁系统及测磁方法。

背景技术

传统的利用磁通门传感器测量地磁的测磁系统主要包括磁通门传感器和调理电路，调理电路采用电流反馈单元，其中电流反馈单元主要通过精密电阻来将电流反馈给磁通门传感器，使磁通门传感器的探头处于磁平衡状态。由于传统的测磁系统的调理电路中的电流反馈单元采用的是精密电阻，将积分放大单元输出的电压转换为电流反馈给磁通门传感器，由于磁通门传感器自身具有内阻，磁通门传感器与调理电路之间的导线的长度、粗细和使用的材料对导线的电阻均会有影响，因此，通过电流反馈单元向磁通门传感器反馈的电流会因为磁通门传感器内阻的不同(更换磁通门传感器，内阻会有变化)以及磁通门传感器与调理电路之间导线的电阻的不同而不同，因此，反馈电流不稳定，也造成了磁通门传感器的磁平衡状态并不稳定，最终测磁准确率不够高。因此，采用传统的测磁系统，基本上不能更换磁通门传感器的类型，对磁通门传感器与调理电路之间的导线限制也比较严格。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于磁通门传感器的测磁系统及测磁方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种基于磁通门传感器的测磁系统，所述测磁系统包括磁通门传感器和调理电路，所述磁通门传感器带有探头，探头具有探头信号反馈端，所述调理电路包括激磁震荡器、基频功放单元、激磁驱动单元、选频放大单元、相敏整流单元、积分放大单元、电容C、信号输出单元以及电流源反馈单元，所述电流源反馈单元为自闭环反馈单元；

所述激磁震荡器分别与基频功放单元和选频放大单元电性连接，所述基频功放单元、激磁驱动单元以及磁通门传感器依次电性连接，磁通门传感器的探头与所述探头信号反馈端的一个输入端电连接，探头信号反馈端的输出端通过电容C与所述选频放大单元电连接，所述选频放大单元、相敏整流单元、积分放大单元以及信号输出单元依次电性连接，所述积分放大单元的输出端通过电流源反馈单元与探头信号反馈端的另一个输入端电性连接；

所述激磁振荡器输出基频信号至基频功放单元以及输出倍频信号至选频放大单元，所述基频功放单元对基频信号进行放大，并通过激磁驱动单元对磁通门传感器的探头进行激励，使其工作；所述选频放大单元对倍频信号进行放大处理，形成二次倍频信号，所述相敏整流单元对二次倍频信号进行整流，变交流磁感应信号为直流信号，所述积分放大单元对所述直流信号进行误差滤波处理，通过所述信号输出单元进行输出，所述电流源反馈单元将积分放大单元输出的电压转换为电流并经过自闭环调节后通过探头信号反馈端反馈至磁通门传感器；其中，所述积分放大单元输出的直流信号的大小表征磁场强度的大小。

本发明的有益效果为：调理电路中的电流源反馈单元为自闭环反馈单元，其输出的反馈电流只受到电流源反馈单元的输入电压的影响，其向磁通门传感器反馈的电流不受磁通门传感器的内阻以及磁通门传感器与调理电路之间的导线的长度、导线的粗细和导线材料的影响，而电流源反馈单元的输入电压正比于检测的磁场强度的大小，因此电流源反馈的电流大小正比于磁场强度，不受其它影响，提高了测磁的精确度。在上述技术方案的基础上，本发明还可以作如下改进。

进一步的，所述磁通门传感器的探头为跑道型的磁感应变换器。

进一步的，所述电流源反馈单元为电压电流变换器。

进一步的，所述电压电流变换器包括电压取样电路、差分放大器、电流源输出电路以及电流信号反馈电路，所述电压取样电路的输入端与所述积分放大单元的输出端电连接，所述电压取样电路的输出端与所述差分放大器的正向输入端电连接，所述差分放大电路的输出端与电流源输出电路的输入端电连接，所述电流源输出电路的输出端通过电流信号反馈电路与所述差分放大电路的负向输入端电连接；

所述电压取样电路对所述积分放大单元输出的电压进行取样，并输送至所述差分放大器的正向输入端，差分放大器的输出端输出的差值电压经过电流源输出电路转换为电流信号，并通过电流信号反馈电路将该电流信号转换为电压信号反馈至差分放大器的负向输入端，以使差分放大电路的正向输入端和负向输入端的电压保持一致。

所述进一步的有益效果为：电流源反馈单元自身形成一个闭环反馈单元，利用电流信号反馈电路将差分放大器输出的差值电压又反馈到差分放大器，使得差分放大器的正向输入端和负向输入端的电压保持一致，因此，电流源反馈单元输出的反馈电流的大小仅受到电压取样电路取样的电压的大小的控制，而电压取样电路取样的电压为积分放大单元输出的电压，积分放大单元输出的电压正比于检测磁场强度的大小，所以电流源反馈的电流大小正比于磁场强度，电流源反馈的电流大小输出能准确跟随磁场强度的变化，使得探头始终处于磁平衡状态，电流源反馈的电流大小不再受到磁通门传感器内阻大小以及导线电阻大小的影响，在电压取样电压值不变的形状下，电流源反馈单元输出的反馈电流值也是不变的，因此，磁通门传感器一直处于磁平衡状态，最终测量地磁的精确度也会提高。

另一方面，本发明提供了一种采用基于磁通门传感器的测磁系统进行测磁的方法，包括：

激磁振荡器输出基频信号至基频功放单元以及输出倍频信号至选频放大单元；

所述基频功放单元对基频信号进行放大，并通过激磁驱动单元对磁通门传感器的探头进行激励，使其工作；

所述选频放大单元对倍频信号进行放大处理，形成二次倍频信号，相敏整流单元对二次倍频信号进行整流，变交流磁感应信号为直流信号，积分放大单元对所述直流信号进行误差滤波处理，通过信号输出单元进行输出，电流源反馈单元将积分放大单元输出的电压转换为电流并经过自闭环调节后通过探头信号反馈端反馈至磁通门传感器；其中，所述积分放大单元输出的直流信号的大小表征磁场强度的大小。

本发明的有益效果为：在将积分放大单元输出的电压转换成电流反馈至磁通门传感器的过程中，将现有技术中的电流反馈单元换成电流源反馈单元，电流反馈单元为一个开放的反馈单元，其向磁通门传感器反馈的电流受到磁通门传感器的内阻以及磁通门传感器与调理电路之间的导线的长度、粗细和导线的材料的影响，电流源反馈单元自身为一个自闭环的反馈单元，其输出的反馈电流只受到电流源反馈单元的输入电压的影响，不受其它影响，提高了测磁的精确度。

在上述技术方面的基础上，本发明还可以作如下改进。

进一步的，所述电流源反馈单元为电压电流变换器。

进一步的，所述电压电流变换器包括电压取样电路、差分放大器、电流源输出电路以及电流信号反馈电路；

所述电压取样电路对所述积分放大单元输出的电压进行取样，并输送至所述差分放大器的正向输入端，差分放大器的输出端输出的差值电压经过电流源输出电路转换为电流信号，并通过电流信号反馈电路将该电流信号转换为电压信号反馈至差分放大器的负向输入端，以使差分放大电路的正向输入端和负向输入端的电压保持一致。

所述进一步的有益效果为：电流源反馈单元自身形成一个闭环反馈单元，利用电流信号反馈电路将差分放大器输出的差值电压又反馈到差分放大器，使得差分放大器的正向输入端和负向输入端的电压保持一致，因此，电流源反馈单元输出的反馈电流的大小仅受到电压取样电路取样的电压的大小的控制，而不再受到磁通门传感器内阻大小以及导线电阻大小的影响，在电压取样电压值不变的形状下，电流源反馈单元输出的反馈电流值也是不变的，因此，磁通门传感器一直处于磁平衡状态，最终测量地磁的精确度也会提高。

附图说明

图1为本发明实施例1的一种基于磁通门传感器的测磁系统连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1、一种基于磁通门传感器的测磁系统。以下结合附图1对本实施例提供的测磁系统进行说明。

参见图1，本实施例提供的测磁系统包括磁通门传感器和调理电路，所述磁通传感器带有探头，所述调理电路包括激磁震荡器、基频功放单元、激磁驱动单元、选频放大单元、相敏整流单元、积分放大单元、信号输出单元以及电流源反馈单元，所述电流源反馈单元为自闭环反馈单元；所述激磁震荡器分别与基频功放单元和选频放大单元电性连接，所述基频功放单元、激磁驱动单元以及磁通门传感器依次电性连接，磁通门传感器的探头与所述探头信号反馈端的一个输入端电连接，探头信号反馈端的输出端通过电容C与所述选频放大单元电连接，所述选频放大单元、相敏整流单元、积分放大单元以及信号输出单元依次电性连接，所述积分放大单元的输出端通过电流源反馈单元与探头信号反馈端电性连接。

所述激磁振荡器输出基频信号至基频功放单元以及输出倍频信号至选频放大单元，所述基频功放单元对基频信号进行放大，并通过激磁驱动单元对磁通门传感器的探头进行激励，使其工作；所述选频放大单元对倍频信号进行放大处理，形成二次倍频信号，所述相敏整流单元对二次倍频信号进行整流，变交流磁感应信号为直流信号，所述积分放大单元对所述直流信号进行误差滤波处理，通过所述信号输出单元进行输出，所述电流源反馈单元将积分放大单元输出的电压转换为电流并经过自闭环调节后通过探头信号反馈端反馈至磁通门传感器；其中，所述积分放大单元输出的直流信号的大小表征磁场强度的大小。

其中，所述磁通门传感器的探头为跑道型的磁感应变换器，所述电流源反馈单元为电压电流变换器。所述电压电流变换器包括电压取样电路、差分放大器、电流源输出电路以及电流信号反馈电路，所述电压取样电路的输入端与所述积分放大单元的输出端电连接，所述电压取样电路的输出端与所述差分放大器的正向输入端电连接，所述差分放大电路的输出端与电流源输出电路的输入端电连接，所述电流源输出电路的输出端通过电流信号反馈电路与所述差分放大电路的负向输入端电连接；所述电压取样电路对所述积分放大单元输出的电压进行取样，并输送至所述差分放大器的正向输入端，差分放大器的输出端输出的差值电压经过电流源输出电路转换为电流信号，并通过电流信号反馈电路将该电流信号转换为电压信号反馈至差分放大器的负向输入端，以使差分放大器的正向输入端和负向输入端的电压保持一致，以使电流源输出电路向磁通门传感器反馈的电流只受控于电流源单元的输入电压，而电流源反馈单元的输入电压为积分放大单元输出的电压，积分放大单元输出的电压正比于检测磁场强度的大小，所以电流源反馈的电流大小正比于磁场强度，电流源反馈的电流大小输出能准确跟随磁场强度的变化，使得探头始终处于磁平衡状态，使得整个系统的测磁更精确。

实施例2、一种利用基于磁通门传感器的测磁系统进行测磁的方法。

本实施例提供的测磁方法包括：

激磁振荡器输出基频信号至基频功放单元以及输出倍频信号至选频放大单元；

所述基频功放单元对基频信号进行放大，并通过激磁驱动单元对磁通门传感器的探头进行激励，使其工作；

所述选频放大单元对倍频信号进行放大处理，形成二次倍频信号，相敏整流单元对二次倍频信号进行整流，变交流磁感应信号为直流信号，积分放大单元对所述直流信号进行误差滤波处理，通过信号输出单元进行输出，电流源反馈单元将积分放大单元输出的电压转换为电流并经过自闭环调节后通过探头信号反馈端反馈至磁通门传感器；其中，所述积分放大单元输出的直流信号的大小表征磁场强度的大小。

其中，所述电流源反馈单元为电压电流变换器，所述电压电流变换器包括电压取样电路、差分放大器、电流源输出电路以及电流信号反馈电路；电压取样电路对积分放大单元输出的电压进行取样，并输送至差分放大器的正向输入端，差分放大器的输出端输出的差值电压经过电流源输出电路转换为电流信号，并通过电流信号反馈电路将该电流信号转换为电压信号反馈至差分放大器的负向输入端，以使差分放大电路的正向输入端和负向输入端的电压保持一致，以使电流源输出电路向磁通门传感器反馈的电流只受控于电流源单元的输入电压，而电流源反馈单元的输入电压为积分放大单元输出的电压，积分放大单元输出的电压正比于检测磁场强度的大小，所以电流源反馈的电流大小正比于磁场强度，电流源反馈的电流大小输出能准确跟随磁场强度的变化，使得探头始终处于磁平衡状态，使得整个系统的测磁更精确。

通过实验验证得出：采用本实施例提供的测磁系统测磁与采用现有技术的测磁系统测磁的精确率有很大的提高，具体的精确度的对比数据可参见下表1：

根据上表1可看出，本实施例将传统的测磁系统中电流反馈换成电流源反馈之后，测磁系统的测磁精确率相比传统的测磁系统的测磁精确率有了很大的提高，成数量级的提高。

本发明提供的一种基于磁通门传感器的测磁系统及测磁方法，本实施例在将积分放大单元输出的电压转换成电流反馈至磁通门传感器的过程中，将现有技术中的电流反馈单元换成电流源反馈单元，现有技术中的电流反馈单元为一个开放的反馈单元，其向磁通门传感器反馈的电流受到磁通门传感器的内阻以及磁通门传感器与调理电路之间的导线的长度、粗细和导线的材料的影响，当更换磁通门传感器或者改变磁通门传感器与调理电路的距离时，磁通门传感器的内阻以及磁通门传感器与调理电路之间的导线电阻都会发生变化，进而会影响电流反馈单元向磁通门传感器反馈的电流值，因此，传统的测磁系统通常不能够更换磁通门传感器，以及对磁通门传感器与调理电路距离的限制也比较严格。而本实施例的电流源反馈单元自身为一个自闭环的反馈单元，利用电流信号反馈电路将差分放大器输出的差值电压又反馈到差分放大器，使得差分放大器的正向输入端和负向输入端的电压保持一致，因此，电流源反馈单元输出的反馈电流的大小仅受到电压取样电路取样的电压的大小的控制，而不再受到磁通门传感器内阻大小以及导线电阻大小的影响，在电压取样电压值不变的形状下，电流源反馈单元输出的反馈电流值也是不变的，磁通门传感器一直处于磁平衡状态，最终测量地磁的精确度也会提高。采用本实施例的测磁系统能够随意更换磁通门传感器以及随意调整磁通门传感器与调理电路之间的距离，也不用考虑连接导线的粗细长短，安放位置的距离远近等因素对测量系统的影响，降低了测量系统的误差，提高了精度。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例一”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于磁通门传感器的测磁系统，其特征在于，所述测磁系统包括磁通门传感器和调理电路，所述磁通门传感器带有探头，探头具有探头信号反馈端，所述调理电路包括激磁震荡器、基频功放单元、激磁驱动单元、选频放大单元、相敏整流单元、积分放大单元、电容C、信号输出单元以及电流源反馈单元，所述电流源反馈单元为自闭环反馈单元；

所述激磁震荡器分别与基频功放单元和选频放大单元电性连接，所述基频功放单元、激磁驱动单元以及磁通门传感器依次电性连接，磁通门传感器的探头与所述探头信号反馈端的一个输入端电连接，探头信号反馈端的输出端通过电容C与所述选频放大单元电连接，所述选频放大单元、相敏整流单元、积分放大单元以及信号输出单元依次电性连接，所述积分放大单元的输出端通过电流源反馈单元与探头信号反馈端的另一个输入端电性连接；

所述激磁振荡器输出基频信号至基频功放单元以及输出倍频信号至选频放大单元，所述基频功放单元对基频信号进行放大，并通过激磁驱动单元对磁通门传感器的探头进行激励，使其工作；所述选频放大单元对倍频信号进行放大处理，形成二次倍频信号，所述相敏整流单元对二次倍频信号进行整流，变交流磁感应信号为直流信号，所述积分放大单元对所述直流信号进行误差滤波处理，通过所述信号输出单元进行输出，所述电流源反馈单元将积分放大单元输出的电压转换为电流并经过自闭环调节后通过探头信号反馈端反馈至磁通门传感器；其中，所述积分放大单元输出的直流信号的大小表征磁场强度的大小；

所述电流源反馈单元为电压电流变换器；

所述电压电流变换器包括电压取样电路、差分放大器、电流源输出电路以及电流信号反馈电路，所述电压取样电路的输入端与所述积分放大单元的输出端电连接，所述电压取样电路的输出端与所述差分放大器的正向输入端电连接，所述差分放大电路的输出端与电流源输出电路的输入端电连接，所述电流源输出电路的输出端通过电流信号反馈电路与所述差分放大电路的负向输入端电连接；

所述电压取样电路对所述积分放大单元输出的电压进行取样，并输送至所述差分放大器的正向输入端，所述差分放大器的输出端输出的差值电压经过电流源输出电路转换为电流信号，并通过电流信号反馈电路将该电流信号转换为电压信号反馈至差分放大器的负向输入端，以使差分放大电路的正向输入端和负向输入端的电压保持一致。

2.如权利要求1所述的基于磁通门传感器的测磁系统，其特征在于，所述磁通门传感器的探头为跑道型的磁感应变换器。

3.一种采用权利要求1或2所述的基于磁通门传感器的测磁系统进行测磁的方法，其特征在于，包括：

激磁振荡器输出基频信号至基频功放单元以及输出倍频信号至选频放大单元；

所述基频功放单元对基频信号进行放大，并通过激磁驱动单元对磁通门传感器的探头进行激励，使其工作；

所述选频放大单元对倍频信号进行放大处理，形成二次倍频信号，相敏整流单元对二次倍频信号进行整流，变交流磁感应信号为直流信号，积分放大单元对所述直流信号进行误差滤波处理，通过信号输出单元进行输出，电流源反馈单元将积分放大单元输出的电压转换为电流并经过自闭环调节后通过探头信号反馈端反馈至磁通门传感器；其中，所述积分放大单元输出的直流信号的大小表征磁场强度的大小；

所述电流源反馈单元为电压电流变换器；

所述电压电流变换器包括电压取样电路、差分放大器、电流源输出电路以及电流信号反馈电路；

所述电压取样电路对所述积分放大单元输出的电压进行取样，并输送至所述差分放大器的正向输入端，差分放大器的输出端输出的差值电压经过电流源输出电路转换为电流信号，并通过电流信号反馈电路将该电流信号转换为电压信号反馈至差分放大器的负向输入端，以使差分放大电路的正向输入端和负向输入端的电压保持一致。

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