CN118151080A - 一种用于非晶丝探头性能的检测筛选装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于非晶丝探头性能的检测筛选装置及其工作方法，采用多种设备共同完成对非晶丝探头性能的检测筛选过程。其中，测试电脑负责控制信号发生器、示波器和直流电源，并对信号发生器、示波器进行数字通讯，记录和分析非晶丝探头的工作状态。通过使用导线将各部分连接，避免因距离过远影响数据传输的精确度。此外，该装置还利用了磁屏蔽筒和直流电源产生均匀的直流磁场环境，以保证测试的非晶丝探头处于一致的环境中。最后，测试工装PCB板的四个探头测试区通过导线连接至两组8位拨码开关，使得各个探头测试区域得到有效隔离，避免了互相干扰。这种设计不仅提高了检测的准确性，同时也降低了设备的成本。

Description

一种用于非晶丝探头性能的检测筛选装置及其工作方法

技术领域

本申请属于磁敏感材料性能检测技术领域，尤其涉及一种用于非晶丝探头性能的检测筛选装置及其工作方法。

背景技术

非晶丝探头是一种利用非晶丝(如铁基或钴基非晶丝)的磁敏特性来检测磁场变化的传感器。非晶丝探头因其高灵敏度、快速响应和良好的温度稳定性等特点，在磁场测量、位置检测和电流测量等领域得到了广泛的应用。

在实际应用中，非晶丝探头的性能指标对于确保测量精度和可靠性至关重要。然而，由于非晶丝探头的工作原理和结构的特殊性，直接测定其性能指标存在一定的挑战。以下是对非晶丝探头背景技术的扩展，包括一些可能的解决方案和方法来测定其性能指标：

1.灵敏度的测定：

灵敏度是指非晶丝探头输出电压变化与检测到的磁场强度变化之间的比率。为了测定灵敏度，可以通过改变激励磁场的强度，并记录对应的输出电压变化，从而计算出灵敏度。这通常需要一个已知强度的标准化磁场源和高精度的电压测量设备。

2.量程的确定：

量程是指非晶丝探头能够有效检测的磁场强度范围。确定量程通常需要在实验室条件下，逐步增加磁场强度，直到输出电压达到饱和或非线性区域。通过这种方式，可以确定探头的线性响应范围和最大检测能力。

3.线性区间的评估：

线性区间是指非晶丝探头输出与输入磁场成正比的区域。为了评估线性区间，可以通过在不同的磁场强度下测量输出电压，并绘制输出电压与磁场强度的关系图。通过分析这个关系图，可以确定探头的线性响应区间和非线性区域。

4.温度特性的测试：

非晶丝探头的性能可能会受到温度变化的影响。因此，进行温度特性测试是必要的。这可以通过在不同温度下对探头进行校准和测量，然后分析其性能随温度变化的趋势来完成。

5.长期稳定性的评估：

长期稳定性是指非晶丝探头在长时间使用后，其性能是否会发生显著变化。这可以通过定期对探头进行校准和性能测试，并记录其性能随时间的变化情况来评估。

6.抗干扰能力的测试：

在实际应用中，非晶丝探头可能会受到电磁干扰。因此，测试其抗干扰能力也很重要。这可以通过在有干扰的环境下对探头进行性能测试，并观察其输出是否稳定来完成。

为了更准确地测定非晶丝探头的性能指标，可能需要结合多种测试方法和先进的测量技术。此外，开发标准化的测试流程和设备，以及利用计算机模拟和数据分析技术，也可以帮助提高测试的准确性和效率。通过这些方法，可以更好地理解和优化非晶丝探头的性能，从而提高其在各种应用中的可靠性和有效性。

发明内容

本申请实施例提供了一种用于非晶丝探头性能的检测筛选装置及其工作方法，解决测定非晶丝探头的好坏并测定性能指标从而进行分等级筛选的技术问题。还可以根据定型号非晶丝，来设计相关电路参数，从而为研制更高精度和低噪声的GMI磁传感器或其他磁传感器提供重要的实验依据。

第一方面，本申请实施例提供了一种用于非晶丝探头性能的检测筛选装置，包括：

测试电脑，用于控制信号发生器、示波器和直流电源，并进行数字通讯；

信号发生器，用于产生方波激励信号并施加于非晶丝探头；

示波器，用于测量和记录非晶丝探头采集线圈两端的电压信号；

直流电源，用于提供稳定的电源，并给磁屏蔽筒的线圈加电流产生直流磁场；

带线圈的磁屏蔽筒，用于产生均匀的直流磁场环境；

测试工装PCB板，用于固定非晶丝探头并置于屏蔽筒中心位置；

所述测试电脑、信号发生器、示波器和非晶丝探头由导线进行电性连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述测试电脑与示波器、直流电源、信号发生器进行通信连接，所述信号发生器与示波器通信连接，所示直流电源加载在磁屏蔽筒的线圈上产生均匀的直流电场，所述信号发生器引出另一路与非晶丝探头的一端电性连接，所述非晶丝探头的另一端与示波器电性连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述测试工装PCB板包括四个探头测试区，每个所述探头测试区通过导线连接至两组8位的拨码开关。

在第一方面的一种可能的实现方式中，至少一个探头测试区为2.54mm的用于测试U型探头的4p排针。

第二方面，本申请实施例提供了一种用于非晶丝探头性能的检测筛选装置的工作方法包括如下步骤：

步骤一、设备组装与连接：

将信号发生器、示波器、直流电源和测试电脑放置在测试桌面上；

使用USB线、BNC线等连接线将这些设备与测试电脑相连，确保信号传输无误；

步骤二、测试工装准备：

将非晶丝探头固定在测试工装上，并确保探头位于磁屏蔽筒的中心位置，

通过测试工装上的导线和拨码开关，将探头连接至信号发生器和示波器；

步骤三、系统参数设置：在测试电脑上设置信号发生器的参数，如频率、占空比、激励电压等；打开示波器，设置合适的时间和电压尺度，以便观察和记录非晶丝探头的输出信号；

步骤四、直流磁场的产生：

使用直流电源给磁屏蔽筒线圈加电流，产生均匀的直流磁场环境；

步骤五、激励信号的施加：启动信号发生器，向非晶丝探头施加预设参数的方波激励信号；激励参数范围：激励频率：1uHz～70MHz；激励幅度：1mVpp～10Vpp；直流偏置范围：±5Vpk；激励方波占空比：0％～100％。

步骤六、信号采集与记录：示波器实时捕捉并记录非晶丝探头感生的电压信号；测试电脑通过数字通讯控制电流源输出值，并采集记录对应电流值等效磁场下的线圈采集信号峰峰值数据；

步骤七、数据分析与曲线拟合：

使用电脑程序对采集到的数据进行分析，拟合出包含饱和点和线性区间的性能曲线；

步骤八、测试结果的导出与报告生成：完成测试后，导出并保存原始数据；

根据分析结果整理生成测试报告，评估非晶丝探头的性能指标；

步骤九、探头性能评估：利用测试工装进行多个探头的测试和对比，筛选出高性能的探头；根据性能曲线和测试报告，评估探头的灵敏度、量程和线性区间等性能指标。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

1、本发明实现了对非晶丝探头此类磁敏感传感器的性能检测并根据性能差异进行分等级筛选，可以通过测试数据点拟合的曲线，直观展示出被测的探头性能水平，并且具有设备安装简单、测试准确率高等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提供的硬件连接示意图；

图2是本申请一实施例提供的测试工装PCB示意图；

图3是本申请一实施例提供的测试工装布线图；

图4-1是本申请一实施例提供的软件界面示意图一；

图4-2是本申请一实施例提供的软件界面示意图二；

图5是本申请一实施例提供的不同参数测试结果对比图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

下面结合图1-5各个构成部件进行具体的介绍：

基于非晶丝的巨磁阻抗效应(GMI)，通过在非晶丝上施加一脉冲电流,由该电流产生的环向磁场使在外磁场作用下丝表面非晶层轴向状态的磁矩转向丝的环向，并在采集线圈两端感生与外磁场呈线性关系的信息输出。

本发明由测试电脑、信号发生器、示波器、直流电源、带线圈的磁屏蔽筒、测试工装和若干连接线组成。其中测试电脑连接信号发生器、示波器和直流电源进行数字通讯；信号发生器给非晶丝探头方波激励；探头固定在测试工装上放置于屏蔽筒中心位置。示波器连接探头线圈和信号发生器的输出波形；电流源给屏蔽筒线圈加电流以产生均匀的直流磁场。通过电脑程序控制电流源输出值，采集并记录对应电流值等效磁场下线圈采集信号峰峰值数据，拟合出曲线。曲线上包含饱和点、线性区间等。

测试工装如图2所示，布线如图3所示其中1、2、3、4分别对应四个探头测试位置，其中2号位置可更换为2.54mm 4P排针用于测试U型探头；

每个探头测试位置通过导线连接至两组8位拨码开关，同时打开对应的拨码开关的通道，信号源IN、线圈OUT接通，即可开始测试。此工装可用于测试及对比探头输出曲线的差异，可提高测试的效率及高性能探头筛选。

将信号发生器、示波器、直流电源、测试电脑放置于测试桌面，按照附图所示连接线路；其中，信号源使用CH1通道；示波器CH1连接探头线圈、CH2使用BNC线连接信号源CH1输出。信号源、示波器连接电脑使用USB-B方口线；探头非晶丝、探头线圈均使用BNC线连接；直流电源使用USB转串口线连接电脑。

信号发生器设置好参数后需按下对应通道的“OUT”键方可输出信号。

示波器需打开两个通道，并设置为横轴1us、纵轴500mV。

操作按照标定磁场固定待测探头连接非晶丝和线圈放置于屏蔽筒内开始测试。

测试完成后导出并保存原始数据，整理生成的报告。

如图4-1、4-2所示，软件界面图显示测量后的参数变化。

测试结果如图5所示：

示例1：130KHz方波激励，占空比20％，激励电压3.3V，直流偏置1.65V

1号被测非晶丝探头在±70000nT支流磁场环境下测试。

示例2：300KHz方波激励，占空比20％，激励电压3.3V，直流偏置1.65V

2号被测非晶丝探头在±70000nT支流磁场环境下测试。

示例3：130KHz方波激励，占空比20％，激励电压5V，直流偏置2.5V

1号被测非晶丝探头在±70000nT支流磁场环境下测试。

通过高效率和高精度的方式检测和分析磁场特性。以下是对全文中提及的硬件组成部分、工作原理以及测试工装的详细阐述。

硬件组成部分

测试电脑：作为系统的核心控制单元，测试电脑负责与信号发生器、示波器和直流电源进行数字通讯，控制整个测试流程，并处理采集到的数据。

信号发生器：用于产生特定频率和占空比的方波激励信号，该信号施加于非晶丝探头，激发非晶丝的GMI效应，从而改变其电阻抗。

示波器：连接探头线圈和信号发生器的输出，用于实时测量和显示非晶丝探头感生的电压信号波形，以及信号发生器的输出波形。

直流电源：提供稳定的电源，并给磁屏蔽筒线圈加电流，产生均匀的直流磁场，为非晶丝探头提供测试所需的外部磁场环境。

带线圈的磁屏蔽筒：用于产生均匀的直流磁场环境，减少外部磁场的干扰，确保测试的准确性和可靠性。

测试工装：用于固定非晶丝探头，确保探头在测试过程中的稳定性和重复性。测试工装设计有多个探头测试位置，可同时测试多个探头或进行对比测试。

本发明的工作原理：

非晶丝的GMI效应：当非晶丝探头施加脉冲电流时，产生的环向磁场作用于非晶丝表面，使得非晶层轴向状态的磁矩转向环向。在外磁场的作用下，磁矩的转向导致非晶丝电阻抗的变化。

信号采集与分析：

采集线圈捕捉由于磁矩转向而感生的电压信号，该信号随外部磁场变化而变化。示波器记录这些信号，并通过测试电脑进行数据处理和分析，以拟合出包含饱和点和线性区间的性能曲线。

测试流程控制：

测试电脑通过控制直流电源的电流输出，调整外部磁场的强度，并记录在不同磁场强度下非晶丝探头的输出信号。通过这些数据，可以评估探头的性能指标，如灵敏度、量程和线性区间。

测试工装的工作原理

探头固定与连接：测试工装设计有多个探头测试位置，每个位置都通过导线连接至拨码开关，以便快速切换测试通道。探头通过BNC线连接至信号发生器和示波器。

探头测试与对比：测试工装允许同时测试多个探头或对不同探头的输出曲线进行对比。通过拨码开关的选择，可以轻松切换不同的探头进行测试。

测试效率提升：测试工装的设计使得测试过程更加高效，可以快速进行探头的更换和测试，同时对探头的性能进行筛选，确保高性能探头的选取。

性能检测的扩展

自动化测试流程：本发明可以集成到自动化测试线中，实现批量化、连续化的探头性能检测。通过自动化控制，减少人为操作的不确定性，提高测试效率和一致性。

多参数测试能力：除了基本的灵敏度和线性区间，本发明还可以扩展以测试探头的其他性能参数，如滞后性、重复性、温度稳定性等，为探头的全面评估提供更多维度的数据支持。

数据分析与优化算法：利用先进的数据分析技术和机器学习算法，对测试数据进行深入分析，识别潜在的缺陷和性能下降的原因。通过优化算法，提出改进措施，进一步提升探头的性能。

分等级筛选的扩展

质量控制与追踪：根据探头的性能等级，实施严格的质量控制，确保不合格的探头不会流入市场。同时，建立追踪系统，记录每个探头的生产和测试信息，便于质量回溯和客户服务。

定制化筛选标准：根据不同应用领域对探头性能的具体要求，定制化筛选标准。例如，对于需要在极端环境下工作的探头，可以增加耐高压、耐高低温等测试项目。

性能等级标签：为每个探头附上性能等级标签，便于用户根据具体需求选择合适的产品。这不仅提高了产品的透明度，也方便了用户的选型和使用。

设备安装与测试准确率的扩展

模块化设计：设备采用模块化设计，便于快速安装和拆卸。用户可以根据实际需要，增减模块，实现灵活的测试配置。

用户友好的操作界面：提供直观、易操作的用户界面，简化测试流程，降低操作难度。通过图形化界面展示测试结果，使得非专业人员也能轻松理解和操作。

自我校准与诊断功能：设备具备自我校准功能，定期自动校准以保持测试准确性。同时，具备故障诊断功能，能够及时发现并提示潜在问题，减少测试中断的风险。

需要说明的是，上述装置/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本申请方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见方法实施例部分，此处不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现可实现上述各个方法实施例中的步骤。

本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在移动终端上运行时，使得移动终端执行时实现可实现上述各个方法实施例中的步骤。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到拍照装置/终端设备的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如U盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不可以是电载波信号和电信信号。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/网络设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/网络设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于非晶丝探头性能的检测筛选装置，其特征在于，包括：

测试电脑，用于控制信号发生器、示波器和直流电源，并进行数字通讯；

信号发生器，用于产生方波激励信号并施加于非晶丝探头；

示波器，用于测量和记录非晶丝探头采集线圈两端的电压信号；

直流电源，用于提供稳定的电源，并给磁屏蔽筒的线圈加电流产生直流磁场；

带线圈的磁屏蔽筒，用于产生均匀的直流磁场环境；

测试工装PCB板，用于固定非晶丝探头并置于屏蔽筒中心位置；

所述测试电脑、信号发生器、示波器和非晶丝探头由导线进行电性连接。

2.如权利要求1所述的一种用于非晶丝探头性能的检测筛选装置，其特征在于，所述测试电脑与示波器、直流电源、信号发生器进行通信连接，所述信号发生器与示波器通信连接，所示直流电源加载在磁屏蔽筒的线圈上产生均匀的直流电场，所述信号发生器引出另一路与非晶丝探头的一端电性连接，所述非晶丝探头的另一端与示波器电性连接。

3.如权利要求1所述的一种用于非晶丝探头性能的检测筛选装置，其特征在于，所述测试工装PCB板包括四个探头测试区，每个所述探头测试区通过导线连接至两组8位的拨码开关。

4.如权利要求3所述的一种用于非晶丝探头性能的检测筛选装置，其特征在于，至少一个探头测试区为2.54mm的用于测试U型探头的4p排针。

5.根据权利要求1所述一种用于非晶丝探头性能的检测筛选装置的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、设备组装与连接：

将信号发生器、示波器、直流电源和测试电脑放置在测试桌面上；

使用USB线、BNC线等连接线将这些设备与测试电脑相连，确保信号传输无误；

步骤二、测试工装准备：

将非晶丝探头固定在测试工装上，并确保探头位于磁屏蔽筒的中心位置，通过测试工装上的导线和拨码开关，将探头连接至信号发生器和示波器；

步骤三、系统参数设置：在测试电脑上设置信号发生器的参数，如频率、占空比、激励电压等；打开示波器，设置合适的时间和电压尺度，以便观察和记录非晶丝探头的输出信号；

步骤四、直流磁场的产生：

使用直流电源给磁屏蔽筒线圈加电流，产生均匀的直流磁场环境；

步骤五、激励信号的施加：启动信号发生器，向非晶丝探头施加预设参数的方波激励信号；激励参数范围：激励频率：1uHz～70MHz；激励幅度：1mVpp～10Vpp；直流偏置范围：±5Vpk；激励方波占空比：0％～100％；

步骤六、信号采集与记录：示波器实时捕捉并记录非晶丝探头感生的电压信号；测试电脑通过数字通讯控制电流源输出值，并采集记录对应电流值等效磁场下的线圈采集信号峰峰值数据；

步骤七、数据分析与曲线拟合：

由电脑程序对采集到的数据进行分析，拟合出包含饱和点和线性区间的性能曲线；

步骤八、测试结果的导出与报告生成：完成测试后，导出并保存原始数据；根据分析结果整理生成测试报告，评估非晶丝探头的性能指标；

步骤九、探头性能评估：利用测试工装进行多个探头的测试和对比，筛选出高性能的探头；根据性能曲线和测试报告，评估探头的灵敏度、量程和线性区间等性能指标。

6.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求5所述的方法。