CN109342984A - 一种磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统，包括可控温湿度试验箱，磁阻芯片测试台，信号采集单元，一维亥姆霍兹线圈，高精度程控电流源，磁场测试单元和标定单元；可控温湿度试验箱提供温湿度环境，待测试芯片通过磁阻芯片测试台和信号采集单元与标定单元连接；高精度程控电流源在标定单元控制下，控制一维亥姆霍兹线圈提供一维均匀磁场；磁场测试单元检测并发送一维亥姆霍兹线圈中均匀区的磁场强度至标定单元。本发明通过可控温湿度试验箱提供不同的温湿度环境，通过一维亥姆霍兹线圈为待测芯片提供均匀磁场，检测记录磁阻芯片在不同温湿度条件下的不同磁场环境中的响应情况，得到芯片的实际响应数据，完成了对芯片的数据采集。

Description

一种磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统及方法
技术领域
本发明涉及磁感应探测技术领域，尤其涉及一种磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统及方法。
背景技术
磁阻传感器是一种感知外部磁场变化而改变电阻值的敏感元件，基于磁阻效应工作原理，核心部分采用一片特殊金属材料，其电阻值随外界磁场的变化而变化，通过外界磁场的变化来测量物体的变化或状况。磁阻传感器具有高精度、高灵敏度、高分辨率、低成本、良好稳定性和可靠性、无接触测量及宽温度范围的特点，可用于大范围、高精度的磁场测量，用于实现基于磁场变化的各类检测应用。
然而由于磁阻传感器生产工艺、材料纯度、均匀度等影响，每个磁阻传感器对磁场的响应曲线不会完全一致，不同批次的芯片差异会更明显，这对于一些对芯片的一致性要求较高的应用就是一种灾难，如基于多个磁阻芯片的高精度电流测量等应用。为此，本提案提出一种磁阻芯片的标定方法和系统，用于在芯片出厂或应用前对芯片的响应曲线进行标定，大大提高磁阻芯片的输出一致性，最终提升实际应用的测量准确度等。
发明内容
本发明提供了一种磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统及方法,旨在解决目前磁阻芯片对磁场的响应曲线不完全一致，影响实际使用测量准确度的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统，包括可控温湿度试验箱，磁阻芯片测试台，信号采集单元，一维亥姆霍兹线圈，高精度程控电流源，磁场测试单元和标定单元；
所述可控温湿度试验箱，为磁阻芯片测试台和一维亥姆霍兹线圈提供温湿度环境；
所述磁阻芯片测试台，连接待测试芯片与信号采集单元；
所述信号采集单元，接收芯片输出信号，根据接收到信号得到芯片响应数据并发送至标定单元；
所述一维亥姆霍兹线圈，接收高精度程控电流源的供电，为磁阻芯片测试台提供一维均匀磁场；
所述高精度程控电流源，接收标定单元的控制，为一维亥姆霍兹线圈提供工作电能；
所述磁场测试单元，检测一维亥姆霍兹线圈中均匀区的磁场强度，将检测得到的磁场强度信息发送至标定单元；
所述标定单元，发出温湿度控制信号至可控温湿度试验箱，发送电流控制信号控制高精度程控电流源，接收并存储磁场强度信息和芯片响应数据。
与现有技术相比，本发明公开的一种磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统，可控温湿度试验箱，为磁阻芯片测试台和一维亥姆霍兹线圈提供温湿度环境，一维亥姆霍兹线圈提供的磁场强度根据高精度程控电流源提供的电流大小而改变，磁场测试单元检测一维亥姆霍兹线圈提供的磁场强度，标定单元控制高精度程控电流源的输出电流，从而控制一维亥姆霍兹线圈提供的磁场强度，标定单元接收磁场测试单元检测的磁场强度，根据接收到的磁场强度调整高精度程控电流源的输出电流，形成闭环反馈控制，实现精确的磁场强度调节；待测芯片放置于磁阻芯片测试台中，通过一维亥姆霍兹线圈为待测芯片提供均匀磁场，待测芯片的输出信号通过信号采集单元处理后发送至标定单元，标定单元存储磁场强度信息和芯片响应数据实现对芯片的数据采集。本发明通过可控温湿度试验箱提供不同的温湿度环境，通过一维亥姆霍兹线圈为待测芯片提供均匀磁场，检测记录磁阻芯片在不同温湿度条件下的不同磁场环境中的响应情况，得到芯片的实际响应数据，完成了对芯片的数据采集。
进一步的，本发明提供了一种磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统，所述标定单元还包括主控模块，所述主控模块获取磁场值和对应的芯片响应数据，确定校准输出曲线和拟合方式，计算映射函数参数，保存每个磁阻芯片对应的映射函数及参数。
与现有技术相比，本发明公开的一种磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统，对标定得到的数据进行处理，将芯片实际响应数据作为输入，以芯片预期响应作为输出，计算得到芯片的映射函数及参数，通过映射函数及参数的调整，可以将响应曲线不理想的芯片调整得到理想的响应曲线，实现对芯片响应曲线的校正。这种校正的意义在于，对与要求不同芯片在同样条件下实现一致输出的应用情况下，如基于多个磁阻芯片的高精度电流测量等应用，因为每个磁阻芯片对磁场的响应曲线不会完全一致，不同批次的芯片差异会更明显，这对于该种对芯片的一致性要求较高的应用就是一种灾难。面对这种问题，本发明通过标定数据和芯片预期响应技术得到芯片的映射函数及参数，通过映射函数及参数的调整，使得不同芯片在相同磁场条件下的响应相同，实现了对不同芯片的一致性校正输出，可以提升基于该类芯片的传感器或测量一样的准确度，解决了目前芯片存在的对磁场的响应曲线不完全一致，影响实际使用测量准确度的问题。
附图说明
图1是本发明一种磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统的一个实施例的系统框图；
图2是本发明一种磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统的另一个实施例的磁阻芯片测试台结构示意图1；
图3是本发明一种磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统的另一个实施例的磁阻芯片测试台结构示意图1；
图4是本发明一种磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统的另一个实施例的系统框图；
图5是本发明一种磁阻芯片温湿度影响校正补偿方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述一种磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统，包括可控温湿度试验箱，磁阻芯片测试台，信号采集单元，一维亥姆霍兹线圈，高精度程控电流源，磁场测试单元和标定单元；所述可控温湿度试验箱，为磁阻芯片测试台和一维亥姆霍兹线圈提供温湿度环境；所述磁阻芯片测试台，连接待测试芯片与信号采集单元；所述信号采集单元，接收芯片输出信号，根据接收到信号得到芯片响应数据并发送至标定单元；所述一维亥姆霍兹线圈，接收高精度程控电流源的供电，为磁阻芯片测试台提供一维均匀磁场；所述高精度程控电流源，接收标定单元的控制，为一维亥姆霍兹线圈提供工作电能；所述磁场测试单元，检测一维亥姆霍兹线圈中均匀区的磁场强度，将检测得到的磁场强度信息发送至标定单元；所述标定单元，发出温湿度控制信号至可控温湿度试验箱，发送电流控制信号控制高精度程控电流源，接收并存储磁场强度信息和芯片响应数据。
与现有技术相比，本发明公开的一种磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统，可控温湿度试验箱，为磁阻芯片测试台和一维亥姆霍兹线圈提供温湿度环境，一维亥姆霍兹线圈提供的磁场强度根据高精度程控电流源提供的电流大小而改变，磁场测试单元检测一维亥姆霍兹线圈提供的磁场强度，标定单元控制高精度程控电流源的输出电流，从而控制一维亥姆霍兹线圈提供的磁场强度，标定单元接收磁场测试单元检测的磁场强度，根据接收到的磁场强度调整高精度程控电流源的输出电流，形成闭环反馈控制，实现精确的磁场强度调节；待测芯片放置于磁阻芯片测试台中，通过一维亥姆霍兹线圈为待测芯片提供均匀磁场，待测芯片的输出信号通过信号采集单元处理后发送至标定单元，标定单元存储磁场强度信息和芯片响应数据实现对芯片的数据采集。本发明通过可控温湿度试验箱提供不同的温湿度环境，通过一维亥姆霍兹线圈为待测芯片提供均匀磁场，检测记录磁阻芯片在不同温湿度条件下的不同磁场环境中的响应情况，得到芯片的实际响应数据，完成了对芯片的数据采集。
如图2和3所示，所述磁阻芯片测试台，包括多个芯片孔1，所述芯片孔1设置有底部管脚，底部管脚的输出接口通过数据线2与信号采集单元连接。本发明的一个实施例中，磁阻芯片测试台用于放置磁阻芯片，根据不同芯片封装选择对应测试台，测试台设有多个芯片孔1,所述芯片孔1用于在固定位置放置芯片，确保与对应管脚相连，芯片放入后通过上层固定装置3可确保芯片与测试台上芯片孔1底部的管脚接触良好；底部管脚的输出接口与数据线2相连接，电源和地线管脚与测试台电源和地线相连接。测试台可以同时放入多个磁阻芯片进行标定(测试台最多可放置的芯片数量由测试台设计决定，该数量与线圈产生的磁场均匀区大小、测试台预留接口数、芯片大小等有关，可根据需要定制线圈、测试台等)。磁阻芯片放入测试台是需按照磁敏感方向一致方向放入(管脚与芯片空中接触点相对应。测试台放入亥姆霍兹线圈中时芯片磁场敏感方向需要与亥姆霍兹线圈中磁场方向相同或相反(取决于电流方向)。在测试底部设有凹槽，该凹槽与亥姆霍兹线圈中间可调节高度立柱连接位置的凸体相对应，通过滑动按照固定保证芯片磁场敏感方向与线圈中磁场方向一致。
如图4所示，所述信号采集单元包括AD转换模块，数据处理模块和传输模块，所述AD转换模块，接收芯片输出信号，并将接收到的模拟信号转换为数字信号并发送至数据处理模块；所述数据处理模块，接收数字信号生成芯片响应数据发送至传输模块；所述传输模块，接收芯片响应数据并转发至标定单元。本发明的一个实施例中，测试台数据线连接信号采集单元。信号采集单元实现各路芯片输出信号的量化采集，包含了AD转换模块，数据处理模块和传输模块。信号采集单元通过高速USB将各芯片的输出(芯片响应)数字化后传输给标定单元，标定单元完成对应芯片响应的编码和文件存储。
如图4所示，所述磁场测试单元为高斯计或磁通门。本发明的一个实施例中，所述磁通门或高斯计主要技术指标应包括：量程、分辨率、工作温度范围、工作湿度范围等。
如图4所示，所述标定单元包括参数设定模块和数据处理模块；所述参数设定模块，获取相关测试参数，根据参数发出电流控制信号至高精度程控电流源，发出温湿度控制信号至可控温湿度试验箱，接收磁场测试单元发送的磁场强度信息，根据磁场强度信息调整电流控制信号的输出，根据磁场强度信息发送磁场设定完成信号至数据处理模块，根据磁场强度信息发送当前磁场值至数据处理模块；所述数据处理模块，接收磁场设定完成信号，接收当前磁场值，接收信号采集单元发送的芯片响应数据，存储当前磁场值和对应的芯片响应数据。本发明的一个实施例中，参数设定模块根据输入的温湿度参数发出温湿度控制信号至可控温湿度试验箱，改变实验温湿度环境，参数设定模块根据输入的磁场值或磁场范围及步进等参数，自动远程控制电流源调节输出电流大小，依据磁场测量(高斯计或磁通门)反馈的磁场大小，形成反馈控制，当磁场输出满足设定值和精度要求是，输出控制信号给数据处理模块。数据处理模块接收到磁场设定完成的信号时，通过信息采集模块获得各磁阻芯片的输出数据，将当前时刻的磁场值(实测值)和芯片输出预先存储。
如图4所示，所述标定单元还包括主控模块，所述主控模块获取磁场值和对应的芯片响应数据，确定校准输出曲线和拟合方式，计算映射函数参数，保存每个磁阻芯片对应的映射函数及参数。本发明的一个实施例中，待完成所有标定的数据采集后(一般按磁场向上增加和向下减小分别采集一遍，也可多次采集，采集次数越多，芯片特性反应越准确)，根据选择校准输出曲线(如直线及斜率)和拟合方式(直线最小二乘或多项式拟合等)，自动计算映射函数参数，然后按照设定的磁阻芯片编号和文件命名规则，将该函数公式及参数值写入文件，完成芯片标定。
与现有技术相比，本发明公开的一种磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统，对标定得到的数据进行处理，将芯片实际响应数据作为输入，以芯片预期响应作为输出，计算得到芯片的映射函数及参数，通过映射函数及参数的调整，可以将响应曲线不理想的芯片调整得到理想的响应曲线，实现对芯片响应曲线的校正。这种校正的意义在于，对与要求不同芯片在同样条件下实现一致输出的应用情况下，如基于多个磁阻芯片的高精度电流测量等应用，因为每个磁阻芯片对磁场的响应曲线不会完全一致，不同批次的芯片差异会更明显，这对于该种对芯片的一致性要求较高的应用就是一种灾难。面对这种问题，本发明通过标定数据和芯片预期响应技术得到芯片的映射函数及参数，通过映射函数及参数的调整，使得不同芯片在相同磁场条件下的响应相同，实现了对不同芯片的一致性校正输出，可以提升基于该类芯片的传感器或测量一样的准确度，解决了目前芯片存在的对磁场的响应曲线不完全一致，影响实际使用测量准确度的问题。
如图5所示，一种采用磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统的磁阻芯片温湿度影响校正补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，获取实验参数，开始实验，判断实验数据是否收集完成，如果是则结束实验，如果不是则进入步骤S2；S2，发出电流控制信号进行电流设定，采集并保存磁场值和对应的芯片响应数据，判断是否进行反向标定，如果是则进入步骤S3，如果不是则进入步骤S4；S3，重新读入电流设定文件，将设定顺序更改为从后往前，重复步骤S2；S4，判断实验数据是否收集完成，如果不是则进入步骤S2，如果是则结束实验。
进一步的，一种采用磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统的磁阻芯片温湿度影响校正补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，获取实验参数，开始实验，判断实验数据是否收集完成，如果是则结束实验，如果不是则进入步骤S2；S2，发出电流控制信号进行电流设定，采集并保存磁场值和对应的芯片响应数据，判断是否进行反向标定，如果是则进入步骤S3，如果不是则进入步骤S4；S3，重新读入电流设定文件，将设定顺序更改为从后往前，重复步骤S2；S4，判断实验数据是否收集完成，如果不是则进入步骤S2，如果是进入步骤S5；S5，获取磁场值和对应的芯片响应数据，确定校准输出曲线和拟合方式，计算映射函数参数，保存每个磁阻芯片对应的映射函数及参数。
在标定系统完成标定数据采集和存储后，以FE(b,e)作为输入，芯片预期响应(如芯片的理论输出值或标准曲线对应值)作为输出。本发明的一个实施例中，采用多项式拟合(也可选其他拟合方法)对标定数据进行拟合，得到标定场景下磁阻芯片或装置对应的磁场响应曲线FE(b,e)的拟合参数向量P。在应用已标定芯片进行拟合时根据芯片实际输出采用拟合曲线直接计算，即可保证芯片输出一致性，进一步提升实际应用的精度等。本发明的另一个实施例中，通过磁场响应曲线FE(b,e)与预期输出映射，即标定后响应曲线F＝C FE(b,e),C为映射向量或矩阵，映射向量或矩阵C由标定确定，在应用已标定芯片进行拟合时根据F＝C FE(b,e)映射并插值方式计算最终响应值，即可保证芯片输出一致性，进一步提升实际应用的精度等。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统，其特征在于，包括可控温湿度试验箱，磁阻芯片测试台，信号采集单元，一维亥姆霍兹线圈，高精度程控电流源，磁场测试单元和标定单元；
所述可控温湿度试验箱，为磁阻芯片测试台和一维亥姆霍兹线圈提供温湿度环境；
所述磁阻芯片测试台，连接待测试芯片与信号采集单元；
所述信号采集单元，接收芯片输出信号，根据接收到信号得到芯片响应数据并发送至标定单元；
所述一维亥姆霍兹线圈，接收高精度程控电流源的供电，为磁阻芯片测试台提供一维均匀磁场；
所述高精度程控电流源，接收标定单元的控制，为一维亥姆霍兹线圈提供工作电能；
所述磁场测试单元，检测一维亥姆霍兹线圈中均匀区的磁场强度，将检测得到的磁场强度信息发送至标定单元；
所述标定单元，发出温湿度控制信号至可控温湿度试验箱，发送电流控制信号控制高精度程控电流源，接收并存储磁场强度信息和芯片响应数据。
2.根据权利要求1所述的一种磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统，其特征在于，所述磁阻芯片测试台，包括多个芯片孔，所述芯片孔设置有底部管脚，底部管脚的输出接口通过数据线与信号采集单元连接。
3.根据权利要求1所述的一种磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统，其特征在于，所述信号采集单元包括AD转换模块，数据处理模块和传输模块；
所述AD转换模块，接收芯片输出信号，并将接收到的模拟信号转换为数字信号并发送至数据处理模块；
所述数据处理模块，接收数字信号生成芯片响应数据发送至传输模块；
所述传输模块，接收芯片响应数据并转发至标定单元。
4.根据权利要求1所述的一种磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统，其特征在于，所述磁场测试单元为高斯计或磁通门。
5.根据权利要求1所述的一种磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统，其特征在于，所述标定单元包括参数设定模块和数据处理模块；
所述参数设定模块，获取相关测试参数，根据参数发出电流控制信号至高精度程控电流源，发出温湿度控制信号至可控温湿度试验箱，接收磁场测试单元发送的磁场强度信息，根据磁场强度信息调整电流控制信号的输出，根据磁场强度信息发送磁场设定完成信号至数据处理模块，根据磁场强度信息发送当前磁场值至数据处理模块；
所述数据处理模块，接收磁场设定完成信号，接收当前磁场值，接收信号采集单元发送的芯片响应数据，存储当前磁场值和对应的芯片响应数据。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统，其特征在于，所述标定单元还包括主控单元，所述主控单元获取磁场值和对应的芯片响应数据，确定校准输出曲线和拟合方式，计算映射函数参数，保存每个磁阻芯片对应的映射函数及参数。
7.一种采用权利要求1-5任一项所述的一种磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统的磁阻芯片温湿度影响校正补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，获取实验参数，开始实验，判断实验数据是否收集完成，如果是则结束实验，如果不是则进入步骤S2；
S2，发出电流控制信号进行电流设定，采集并保存磁场值和对应的芯片响应数据，判断是否进行反向标定，如果是则进入步骤S3，如果不是则进入步骤S4；
S3，重新读入电流设定文件，将设定顺序更改为从后往前，重复步骤S2；
S4，判断实验数据是否收集完成，如果不是则进入步骤S2，如果是则结束实验。
8.一种采用权利要求6所述的一种磁阻芯片温湿度影响校正补偿系统的磁阻芯片温湿度影响校正补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，获取实验参数，开始实验，判断实验数据是否收集完成，如果是则结束实验，如果不是则进入步骤S2；
S2，发出电流控制信号进行电流设定，采集并保存磁场值和对应的芯片响应数据，判断是否进行反向标定，如果是则进入步骤S3，如果不是则进入步骤S4；
S3，重新读入电流设定文件，将设定顺序更改为从后往前，重复步骤S2；
S4，判断实验数据是否收集完成，如果不是则进入步骤S2，如果是进入步骤S5；
S5，获取磁场值和对应的芯片响应数据，确定校准输出曲线和拟合方式，计算映射函数参数，保存每个磁阻芯片对应的映射函数及参数。
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