CN110568268B - 基于mems技术的电、磁场集合的电场强度测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于MEMS技术的电、磁场集合的电场强度测试系统，具体包括以下设备：用于获取电场传感器和磁场传感器的输出信号后，通过电磁的互补性，对电磁信号进行对比，来处理电磁测量的精度，解决失真，非线性，温漂的问题的电磁信号预处理电路；二次采样电路；对采样获得的数据进行转换的ADC信号转换电路；对ADC信号转换电路的输出数据进行处理的数字信号处理器；电磁信号预处理电路的两个输入端分别与磁场传感器、电场传感器连接；电磁信号预处理电路的输出依次连接二次采样电路、ADC信号转换电路和数字信号处理器，二次采样电路的输入还分别通过一数据信号产生电路与对应的磁场传感器和电场传感器连接。本发明提高检测效率。

Description

基于MEMS技术的电、磁场集合的电场强度测试系统
技术领域
本发明涉及空间电场强度测量的技术领域，尤其是一种基于MEMS技术的电、磁场集合的电场强度测试系统。
背景技术
空间电磁场是电场和磁场的统一体，是地球环境中存在的最基本的物理参数之一。电场和磁场各自独立又相互影响密不可分。通过对空间电场和磁场的观测，不但可以掌握空间电场与磁场的变化规律，还可以间接推导出大量的基本物理参数，对改善人类生产生活有着极其重要的意义。
但是目前对空间电磁场的测量均存在以下几个问题：
1、目前标准的电场传感器只有机械式，无大规模集成模块的解决方案，因而无法大量规模化应用。然而，电场数值的感知同磁场的作用一样，可以在大量的电子设备中得到广泛的应用。
2、由于电场传感器无集成化解决方案，导致目前的微型电磁场传感器探测方式不统一，主要通过磁场的各类电效应，例如霍尔效应，来判断电磁场的数值大小，从原理上不够全面，探测参数单一。同时，单一的磁场探测存在大量的非线性，温飘，零飘，干扰过多的问题，使得现有的电磁探测存在缺陷。
3、由于电磁探测的不统一，因此目前的微电磁传感器均建立在单一的磁通量测量，受原理限制，各有不同的性能和优缺点，一方面针对不同的应用场景需要不同的产品，另一方面对电磁场测量能力的调整通常需要改进传感器内部结构和整体设计思路，因而新产品的设计和测试的成本高。而且，很多信号需要不断进行电磁转换，换算过程过多，导致操作相对复杂。
因此如何将电场传感器结合现有的磁传感技术，弥补目前电磁传感器探测参数单一的缺陷，最终形成一个可以涵盖更多应用的较为统一的解决方案，同时大幅度提高电磁场传感器的性价比，显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提一种基于MEMS技术的电、磁场集合的电场强度测试系统，其简化噪声屏蔽设计，从而大大降低测试成本，提高芯片的应用价值，以及最终提高检测效率。
为了实现上述目的，本发明所设计的一种基于MEMS技术的电、磁场集合的电场强度测试系统，具体包括以下设备：
一个能够获取空间磁性的磁场传感器；
一个能够获取空间电场的电场传感器；
一个用于获取电场传感器和磁场传感器的输出信号后，通过电磁的互补性，对电磁信号进行对比，来处理电磁测量的精度，解决失真，非线性，温漂的问题的电磁信号预处理电路；
一个对电磁信号预处理电路以及分别获取磁场传感器和电场传感器的信号后进行二次采样的二次采样电路；
对采样获得的数据进行转换的ADC信号转换电路；
对ADC信号转换电路的输出数据进行处理的数字信号处理器；所述数字信号处理器的输出作为电场强度测试的最终输出数据；
其中所述的电磁信号预处理电路的两个输入端分别与磁场传感器、电场传感器连接；电磁信号预处理电路的输出端连接二次采样电路，所述二次采样电路的输入与电磁信号预处理电路连接，二次采样电路的输入还分别通过一数据信号产生电路与对应的磁场传感器和电场传感器连接，二次采样电路的输出通过ADC信号转换电路连接数字信号处理器。
进一步，为了使整体电路更加简单，所述的电磁信号预处理电路包括第一运算放大器U1，所述二次采样电路包括第二运算放大器U2、第一采样电路U3和延时电路U4，所述第一运算放大器U1的输入端1和输入端2分别连接电场传感器和磁场传感器后进行差分运算后作为输出VIN，输出VIN连接第一采样电路U3后，第一采样电路U3的输出一端连接延时电路U4延时后输入给第二运算放大器U2的输入端2，第一采样电路U3的输出还直接连接第二运算放大器U2的输入端1，然后经过第二运算放大器U2的差分运算输送给的ADC信号转换电路。
进一步，所述的电场传感器是振动栅极电场传感器。
进一步，所述的磁场传感器是阵列式MOSFET磁场传感器。
本发明还公开了一种应用所述的基于MEMS技术的电、磁场集合的电场强度测试系统的传感器，将所述基于MEMS技术的电、磁场集合的电场强度测试系统中的磁场传感器、电场传感器、电磁信号预处理电路、二次采样电路以及数据信号产生电路进行集成封装构成一个完整的电、磁场集合用的传感器单元。
本发明得到的一种基于MEMS技术的电、磁场集合的电场强度测试系统，通过电场传感器和磁场传感器输出信号至电磁信号预处理电路，通过电磁的互补性，在电磁信号预处理电路内部进行电磁信号对比，提高电磁测量的精度，解决失真，非线性，温漂等问题；通过电磁信号预处理电路和二次采样电路剔除信号源的固有噪声，减少电场和磁场的互扰性，简化噪声屏蔽设计，从而大大降低测试成本，提高芯片的应用价值，以及最终提高检测效率。
附图说明
图1是实施例1中基于MEMS技术的电、磁场集合的电场强度测试系统的原理连接示意图；
图2是实施例1中电磁信号预处理电路的电路原理图；
图3是实施例1中二次采样电路的电路原理图。
图中：磁场传感器1、电场传感器2、电磁信号预处理电路3、二次采样电路4、ADC信号转换电路5、数字信号处理器6、数据信号产生电路7。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
如图1、图2、图3所示，本实施例提供的一种基于MEMS技术的电、磁场集合的电场强度测试系统，具体包括以下设备：
一个能够获取空间磁性的磁场传感器1；
一个能够获取空间电场的电场传感器2；
一个用于获取电场传感器2和磁场传感器1的输出信号后，通过电磁的互补性，对电磁信号进行对比，来处理电磁测量的精度，解决失真，非线性，温漂的问题的电磁信号预处理电路3；
一个对电磁信号预处理电路3以及分别获取磁场传感器1和电场传感器2的信号后进行二次采样的二次采样电路4；
对采样获得的数据进行转换的ADC信号转换电路5；
对ADC信号转换电路5的输出数据进行处理的数字信号处理器6；所述数字信号处理器6的输出作为电场强度测试的最终输出数据；
其中所述的电磁信号预处理电路3的两个输入端分别与磁场传感器1、电场传感器2连接；电磁信号预处理电路3的输出端连接二次采样电路4，所述二次采样电路4的输入与电磁信号预处理电路3连接，二次采样电路4的输入还分别通过一数据信号产生电路7与对应的磁场传感器1和电场传感器2连接，二次采样电路4的输出通过ADC信号转换电路5连接数字信号处理器6。
进一步，为了使整体电路更加简单，所述的电磁信号预处理电路3包括第一运算放大器U1，所述二次采样电路4包括第二运算放大器U2、第一采样电路U3和延时电路U4，所述第一运算放大器U1的输入端1和输入端2分别连接电场传感器2和磁场传感器1后进行差分运算后作为输出VIN，输出VIN连接第一采样电路U3后，第一采样电路U3的输出一端连接延时电路U4延时后输入给第二运算放大器U2的输入端2，第一采样电路U3的输出还直接连接第二运算放大器U2的输入端1，然后经过第二运算放大器U2的差分运算输送给的ADC信号转换电路5。
进一步，所述的电场传感器2是振动栅极电场传感器2。
进一步，所述的磁场传感器1是阵列式MOSFET磁场传感器1。
本实施例还公开了一种应用所述的基于MEMS技术的电、磁场集合的电场强度测试系统的传感器，将所述基于MEMS技术的电、磁场集合的电场强度测试系统中的磁场传感器1、电场传感器2、电磁信号预处理电路3、二次采样电路4以及数据信号产生电路7进行集成封装构成一个完整的电、磁场集合用的传感器单元。
本实施例中通过电场传感器和磁场传感器输出信号至电磁信号预处理电路3，通过电磁的互补性，在电磁信号预处理电路3内部进行电磁信号对比，提高电磁测量的精度，解决失真，非线性，温漂等问题；
通过电磁信号预处理电路3和二次采样电路4剔除信号源的固有噪声，减少电场和磁场的互扰性，简化噪声屏蔽设计，从而大大降低测试成本，提高芯片的应用价值，以及最终提高检测效率。
因此通过本发明创造具有以下优点：
1、解决传统电场探测体积大价格高，无法大规模集成的问题。
2.统一电磁场探测：在原有的单一的磁场探测中加入电场参数，实现真正意义上的统一的电磁场传感器。通过电磁互补，解决单一磁场测量时存在的非线性，失真，温漂，噪声等各类问题。
3.化繁为简，变模拟量处理为数字量处理：由于集成了微电场传感器，可根据不同需要灵活搭配磁场传感器，更多的采用修改外围电路设计方案的方式实现不同的应用需求，同时，由于引入了电场参数，一些复杂的模拟量处理可以简单的转换为数字量处理，从而简化设计，降低整体设计，测试，封装难度，有效的提升性价比。
4.减少换算层级：通过引入电场传感器，使得一些原本通过磁通量进行换算的参数可以通过直接测量电场变化率确定，减少了换算层级，避免了因磁体性能变化而引起的测量性能下降，增加了电磁场传感器的稳定性。

Claims (4)

1.一种基于MEMS技术的电、磁场集合的电场强度测试系统，其特征在于，具体包括以下设备：
一个能够获取空间磁性的磁场传感器(1)；
一个能够获取空间电场的电场传感器(2)；
一个用于获取电场传感器(2)和磁场传感器(1)的输出信号后，通过电磁的互补性，对电磁信号进行对比，来处理电磁测量的精度，解决失真，非线性，温漂的问题的电磁信号预处理电路(3)；
一个对电磁信号预处理电路(3)以及分别获取磁场传感器(1)和电场传感器(2)的信号后进行二次采样的二次采样电路(4)；
对采样获得的数据进行转换的ADC信号转换电路(5)；
对ADC信号转换电路(5)的输出数据进行处理的数字信号处理器(6)；所述数字信号处理器(6)的输出作为电场强度测试的最终输出数据；
其中所述的电磁信号预处理电路(3)的两个输入端分别与磁场传感器(1)、电场传感器(2)连接；电磁信号预处理电路(3)的输出端连接二次采样电路(4)，所述二次采样电路(4)的输入与电磁信号预处理电路(3)连接，二次采样电路(4)的输入还分别通过一数据信号产生电路(7)与对应的磁场传感器(1)和电场传感器(2)连接，二次采样电路(4)的输出通过ADC信号转换电路(5)连接数字信号处理器(6)，所述的电磁信号预处理电路(3)包括第一运算放大器U1，所述二次采样电路(4)包括第二运算放大器U2、第一采样电路U3和延时电路U4，所述第一运算放大器U1的输入端1和输入端2分别连接电场传感器(2)和磁场传感器(1)后进行差分运算后作为输出VIN，输出VIN连接第一采样电路U3后，第一采样电路U3的输出一端连接延时电路U4延时后输入给第二运算放大器U2的输入端2，第一采样电路U3的输出还直接连接第二运算放大器U2的输入端1，然后经过第二运算放大器U2的差分运算输送给的ADC信号转换电路(5)。
2.根据权利要求1所述的基于MEMS技术的电、磁场集合的电场强度测试系统，所述的电场传感器(2)是振动栅极电场传感器(2)。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于MEMS技术的电、磁场集合的电场强度测试系统，所述的磁场传感器(1)是阵列式MOSFET磁场传感器(1)。
4.一种应用权利要求1-3中任意一项所述的基于MEMS技术的电、磁场集合的电场强度测试系统的传感器，其特征在于，将所述基于MEMS技术的电、磁场集合的电场强度测试系统中的磁场传感器(1)、电场传感器(2)、电磁信号预处理电路(3)、二次采样电路(4)以及数据信号产生电路(7)进行集成封装构成一个完整的电、磁场集合用的传感器单元。
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