CN111198347A - 一种磁传感器噪声无源测试方法 - Google Patents

一种磁传感器噪声无源测试方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111198347A
CN111198347A CN202010019303.3A CN202010019303A CN111198347A CN 111198347 A CN111198347 A CN 111198347A CN 202010019303 A CN202010019303 A CN 202010019303A CN 111198347 A CN111198347 A CN 111198347A
Authority
CN
China
Prior art keywords
noise
magnetic sensor
test system
domain waveform
time domain
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010019303.3A
Other languages
English (en)
Inventor
钱正洪
窦爱玉
朱华辰
白茹
王志强
赵潇颖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Dianzi University
Original Assignee
Hangzhou Dianzi University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Dianzi University filed Critical Hangzhou Dianzi University
Priority to CN202010019303.3A priority Critical patent/CN111198347A/zh
Publication of CN111198347A publication Critical patent/CN111198347A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

本发明公开了一种磁传感器噪声无源测试方法，该方法包括如下步骤：第一步，设置噪声测试系统工作参数；第二步，确定噪声测试系统对噪声的有效分析带宽；第三步，采集噪声测试系统自有噪声；第四步，采集磁传感器热噪声和噪声测试系统自有噪声叠加在一起的总噪声；第五步，提取磁传感器在无源时的热噪声频谱。本发明提出的一种磁传感器噪声无源测试方法能够获取磁传感器在无偏置电压源、无电流源和无激励磁场源时的本底噪声，为磁传感器在施加偏置电压源、电流源和激励磁场源的条件下进行的噪声测试提供了有效参考。

Description

一种磁传感器噪声无源测试方法
技术领域
本发明涉及传感器噪声测试技术领域，具体为一种磁传感器噪声无源测试方法。
背景技术
磁传感器常用于对微小磁场和微弱磁场的探测，磁场信号强度越弱，对磁传感器分辨能力要求就越高。磁传感器的本底噪声反映了其分辨力极限。为了准确获取磁传感器的分辨力极限，对磁传感器进行无源情况下的噪声测试是必不可少的。
发表于《JOURNAL OF APPLIED PHYSICS》期刊，名称为“Low-frequency noisemeasurements on commercial magnetoresistive magnetic field sensors”的论文，其采用低噪声放大器和动态信号分析仪进行磁传感器的噪声测试，并测试了多种型号的磁传感器的低频噪声。该文献中对多种型号的磁传感器进行低频噪声测试是在有偏置电压和直流偏置磁场的情况下进行的，并未对磁传感器在无源情况下的噪声进行测试。尽管其通过互相关法剔除了测试系统中的不相关噪声，但是磁传感器在有源情况下的噪声水平要高于在无源情况下的噪声水平。因此文献中通过测试获取的磁传感器噪声数据缺少当时测试环境下的有效参考。
目前暂无与本发明磁传感器噪声无源测试方法类似的专利及文献。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前磁传感器在有源情况下进行的噪声测试无有效参考的问题，本发明提供一种磁传感器噪声无源测试方法。该方法通过在无源情况下对磁传感器进行噪声测试，为磁传感器在施加偏置电压源、电流源和激励磁场源的条件下进行的噪声测试提供了有效参考。
为了解决以上问题，本发明采用以下测试方法：
一种磁传感器噪声无源测试方法，包括如下步骤:
第一步：设置噪声测试系统的工作参数；
第二步：确定噪声测试系统对噪声的有效分析带宽；
第三步：采集噪声测试系统自有噪声，生成时域波形，并对该时域波形进行数据处理；
第四步：采集磁传感器热噪声和噪声测试系统自有噪声叠加在一起的总噪声，生成时域波形，并对该时域波形进行数据处理；
第五步：将第三步和第四步中经过数据处理后的时域波形转换为频域波形，提取金属膜电阻热噪声的噪声频谱。
进一步地，噪声测试系统包括低噪声放大器、数据采集卡和计算机。
进一步地，在第三步和第四步中，所述的数据处理过程是对采集的数据进行FFT(Fast Fourier Transform)数字滤波，将采集的数据带宽限制为0至10kHz，并保持整个数据处理过程中带宽不变。
进一步地，在第五步中，所述的时域波形转换为频域波形的过程是首先进行FFT，然后将磁传感器热噪声和噪声测试系统自有噪声叠加在一起的总噪声的功率谱与测试系统自有噪声的功率谱相减，剔除测试系统的自有噪声。
进一步地，噪声测试系统的工作环境温度范围为绝对温度290k至310k。
进一步地，低噪声放大器的放大倍数调节范围为1至20000倍。
进一步地，数据采集卡运行一次，采集的数据量为一百万至一千万。
进一步地，数据采集卡的采集速率范围为1kS/s至432kS/s。
进一步地，计算机内装载有数据分析软件。
本发明提出了一种磁传感器噪声无源测试方法。该方法基于噪声功率谱差值和热噪声理论，能够获取磁传感器在无偏置电压源、无电流源和无激励磁场源时的本底噪声，为磁传感器在施加偏置电压源、电流源和激励磁场源的条件下进行的噪声采集提供了有效参考。
附图说明
图1为本发明步骤图；
图2为本发明噪声测试系统示意图；
图3为本发明中低噪声放大器输入端短路时，噪声测试系统示意图；
图4为本发明中噪声测试系统对噪声的有效分析带宽示意图；
图5位本发明中经过FFT数字滤波之后的噪声测试系统自有噪声时域波形图；
图6为本发明中噪声测试系统自有噪声频谱图；
图7为本发明中磁传感器热噪声和噪声测试系统自有噪声叠加在一起的总噪声采集示意图；
图8为本发明中经过FFT数字滤波之后的磁传感器热噪声和噪声测试系统自有噪声叠加在一起的总噪声时域波形图；
图9为本发明中磁传感器热噪声和噪声测试系统自有噪声叠加在一起的总噪声频谱图；
图10为本发明中磁传感器热噪声频谱图；
图11为本发明中磁传感器热噪声频谱与磁传感器热噪声理论值的对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的测试方法进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的一种磁传感器噪声无源测试方法分为五个步骤，分别为：
第一步，设置噪声测试系统的工作参数(主要是低噪声放大器的放大倍数以及数据采集卡的采集速率)；第二步，确定噪声测试系统对噪声的有效分析带宽；第三步，采集噪声测试系统自有噪声，生成时域波形，并对该时域波形进行数据处理；第四步，采集磁传感器热噪声和噪声测试系统自有噪声叠加在一起的总噪声，生成时域波形，并对该时域波形进行数据处理；第五步，将第三步和第四步中经过数据处理后的时域波形转换为频域波形，提取金属膜电阻热噪声的噪声频谱。
磁传感器噪声的无源测试包括在无偏置电压源、无电流源和无激励磁场源的情况下进行的噪声测试。
如图2所示，上述测试方法所使用的噪声测试系统包括低噪声放大器、数据采集卡、计算机以及相关电源、连接线等。低噪声放大器用于对微弱噪声信号进行放大，数据采集卡用于采集经放大后的噪声信号，计算机内装载有数据分析软件包括MATLAB、Origin，用于对数据采集卡采集的噪声信号进行数据处理和频谱分析。
保持整个噪声测试系统工作的环境温度为绝对温度290k不变。
将低噪声放大器放大倍数设为10000倍，采集卡采集速率设为400kS/s，采集程序运行一次采集数据量为1000万。
如图3所示，采用同轴线缆将低噪声放大器输入端短路，采集噪声噪声测试系统自有噪声。采用数据处理软件对采集的时域信号进行FFT(Fast Fourier Transform)，可见其有效分析带宽约为100kHz，如图4所示。
噪声测试系统对噪声的有效分析带宽是指噪声信号通过数据采集卡采集并经FFT后，噪声测试系统能够完整复现噪声信号在该频段内的噪声频谱。
如图3所示，采用同轴线缆将低噪声放大器输入端短路，采集噪声测试系统自有噪声。采用数据处理软件对采集的噪声测试系统自有噪声时域信号进行FFT数字滤波，将采集的数据带宽限制为0至10kHz，如图5所示。该带宽处于噪声测试系统有效分析带宽范围内。
如图6所示，对图5中经过滤波之后的时域波形进行FFT，得到噪声测试系统自有噪声频谱图。
如图7所示，将磁传感器OUT+和OUT-端接在放大器差分输入端，采集磁传感器热噪声和噪声测试系统自有噪声叠加在一起的总噪声。磁传感器OUT+和OUT-两端之间的电阻值为2.45kΩ。
如图8所示，采用数据处理软件对采集的磁传感器热噪声和测试系统自有噪声叠加在一起的总噪声进行FFT数字滤波，将采集的数据带宽限制为0至10kHz。该带宽处于噪声测试系统有效分析带宽范围内。
如图9所示，对图8中经过FFT数字滤波之后的总噪声时域波形进行FFT，得到磁传感器热噪声和测试系统自有噪声叠加在一起的总噪声频谱图。
如图10所示，对图6和图9中的噪声频谱进行平方，得到噪声的功率谱密度P1和P2；将P2和P1相减，剔除噪声测试系统自有噪声，然后开根号，得到磁传感器热噪声的频谱图。
根据热噪声理论，电阻的热噪声功率谱密度为：
Sresistor theory＝4kTR (1)；
式中，k为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，R为电阻的阻值。
2.45kΩ的金属膜电阻热噪声理论值为
Figure BDA0002360128920000061
如图11所示，将图10中的磁传感器热噪声频谱图与磁传感器热噪声理论值进行对比，可以发现本发明中采集的磁传感器热噪声比较接近其理论值。
本发明提出了一种磁传感器噪声无源测试方法。该方法基于噪声功率谱差值和热噪声理论，能够获取磁传感器在无偏置电压源、无电流源和无激励磁场源时的本底噪声，并且准确度较高，解决了磁传感器在有源情况下进行噪声测试时只能参考其热噪声理论值的问题，为磁传感器在施加偏置电压源、电流源和激励磁场源的条件下进行的噪声采集提供了有效参考。目前暂无与本发明类似的专利及文献。

Claims (4)

1.一种磁传感器噪声无源测试方法，其特征在于：包括如下步骤:
第一步：设置噪声测试系统的工作参数；
第二步：确定噪声测试系统对噪声的有效分析带宽；
第三步：采集噪声测试系统自有噪声，生成时域波形，并对该时域波形进行数据处理；
第四步：采集磁传感器热噪声和噪声测试系统自有噪声叠加在一起的总噪声，生成时域波形，并对该时域波形进行数据处理；
第五步：将第三步和第四步中经过数据处理后的时域波形转换为频域波形，提取磁传感器热噪声的噪声频谱，为磁传感器在有源情况下的噪声测试提供有效的参考。
2.根据权利要求1所述的磁传感器噪声无源测试方法，其特征在于：所述噪声测试系统包括低噪声放大器、数据采集卡和计算机。
3.根据权利要求1所述的磁传感器噪声无源测试方法，其特征在于：在第三步和第四步中，所述的数据处理过程是对采集的数据进行FFT(Fast Fourier Transform)数字滤波，将采集的数据带宽限制为0至10kHz，并保持整个数据处理过程中带宽不变。
4.根据权利要求1所述的磁传感器噪声无源测试方法，其特征在于：在第五步中，所述的时域波形转换为频域波形的过程是首先将时域波形进行FFT，然后将磁传感器热噪声和噪声测试系统自有噪声叠加在一起的总噪声的功率谱与噪声测试系统自有噪声的功率谱相减，剔除噪声测试系统的自有噪声。
CN202010019303.3A 2020-01-08 2020-01-08 一种磁传感器噪声无源测试方法 Pending CN111198347A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010019303.3A CN111198347A (zh) 2020-01-08 2020-01-08 一种磁传感器噪声无源测试方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010019303.3A CN111198347A (zh) 2020-01-08 2020-01-08 一种磁传感器噪声无源测试方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111198347A true CN111198347A (zh) 2020-05-26

Family

ID=70744843

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010019303.3A Pending CN111198347A (zh) 2020-01-08 2020-01-08 一种磁传感器噪声无源测试方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111198347A (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102788911A (zh) * 2012-09-06 2012-11-21 电子科技大学 一种热敏薄膜噪声测试方法
CN102944765A (zh) * 2012-11-30 2013-02-27 中国船舶重工集团公司第七二二研究所 一种低频段磁传感器本底噪声测量方法
CN103969518A (zh) * 2014-05-21 2014-08-06 电子科技大学 一种氧化钒热敏薄膜噪声测试方法
CN104020365A (zh) * 2014-06-04 2014-09-03 电子科技大学 一种非晶硅薄膜的低频噪声测试方法
CN106338658A (zh) * 2016-08-25 2017-01-18 南京航空航天大学 基于射频对消的相位噪声测量方法、装置
CN107255754A (zh) * 2017-06-20 2017-10-17 湘潭大学 一种基于海洋噪声环境下的电磁辐射测量修正方法
CN108982983A (zh) * 2018-08-27 2018-12-11 湖南红太阳新能源科技有限公司 一种电阻热噪声测试方法及测试系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102788911A (zh) * 2012-09-06 2012-11-21 电子科技大学 一种热敏薄膜噪声测试方法
CN102944765A (zh) * 2012-11-30 2013-02-27 中国船舶重工集团公司第七二二研究所 一种低频段磁传感器本底噪声测量方法
CN103969518A (zh) * 2014-05-21 2014-08-06 电子科技大学 一种氧化钒热敏薄膜噪声测试方法
CN104020365A (zh) * 2014-06-04 2014-09-03 电子科技大学 一种非晶硅薄膜的低频噪声测试方法
CN106338658A (zh) * 2016-08-25 2017-01-18 南京航空航天大学 基于射频对消的相位噪声测量方法、装置
CN107255754A (zh) * 2017-06-20 2017-10-17 湘潭大学 一种基于海洋噪声环境下的电磁辐射测量修正方法
CN108982983A (zh) * 2018-08-27 2018-12-11 湖南红太阳新能源科技有限公司 一种电阻热噪声测试方法及测试系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王化祥 等: "《传感器原理及应用》", 30 September 2014 *
赵建勋: "《射频电路基础 第2版》", 30 September 2018 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2314994B1 (en) System and Method for Handling Wide Dynamic Range Signals Encountered in Vibration Analysis Using a Logarithmic Amplifier
CN103336049B (zh) 一种消除提离效应的脉冲涡流检测方法及装置
US8519719B2 (en) System for complex impedance measurement
CN110389290B (zh) 一种电子元器件噪声测试及寿命评估的系统及方法和装置
JP5249499B2 (ja) トリガ発生器及びトリガ発生方法
RU2570592C1 (ru) Способ регистрации и анализа сигналов акустической эмиссии
CN107526016B (zh) 一种用于半导体器件1/f噪声上下限频率的检测方法及装置
CN108957120B (zh) 一种微弱信号提取方法及系统
CN111198348B (zh) 一种磁传感器噪声测试系统标定方法
CN111198347A (zh) 一种磁传感器噪声无源测试方法
CN108983065B (zh) 一种电压放大电路、检测电路及其电路检测方法
CN113792675B (zh) 基于离散小波变换模型的金属材质涡流分析方法
CN102868403B (zh) 一种测试模数转换器主要性能指标的测试系统
US9595986B2 (en) Method and system for extending dynamic range of receiver by compensating for non-linear distortion
Biroth et al. A low-noise and fast pre-amplifier and readout system for SiPMs
JP2008199119A (ja) 増幅制御装置、試験用信号生成モジュール、試験装置、増幅制御方法、プログラム、記録媒体
JP6370725B2 (ja) 漏水判定のための波形データ収集装置、漏水判定装置、漏水判定システム、およびプログラム
Chytil et al. Detector for Nuclear Quadrupole Resonance Spectroscopy.
CN117676419A (zh) 一种啁啾信号的时间频率响应方法
US8069197B2 (en) Method and apparatus for periodic noise suppression in transient signals
CN113189412B (zh) 一种多通道相关的低频噪声测试装置及分析方法
CN114199820B (zh) 一种气体浓度的检测方法和装置
CN117892065B (zh) 一种振弦传感器信号修正方法、系统、计算机及存储介质
US20230114896A1 (en) Noise detection device and method thereof
RU2321018C1 (ru) Способ обнаружения импульсных сигналов с неизвестными параметрами и устройство для его осуществления

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination