CN201435720Y - 含同相微分器的磁通门传感器激励电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种含同相微分器的磁通门传感器激励电路，其特点是其特点是：电阻R₁、电容C₁和运算放大器A₁连接成反相积分器，电阻R₂、电容C₂和运算放大器A₂连接成同相微分器，积分器和微分器的输入端连接在一起，并与输入的方波信号端相连接，电阻R₃、电阻R₄、可调电阻W₁和运算放大器A₃连接成加法器，积分器的输出与加法器的一个输入端R₃连接；微分器的输出与加法器的另一个输入端W₁连接，加法器的输出端与磁通门的输入端之间连接电容Cp。该电路可以用于产生磁通门传感器的激励信号，在低功耗条件下降低磁通门的剩磁误差，且不需要激励电路工作在调谐状态。

Description

含同相微分器的磁通门传感器激励电路

技术领域

本实用新型涉及一种激励电路，特别涉及含同相微分器的磁通门传感器激励电路。

背景技术

剩磁误差是磁传感器受到较强磁场干扰后，因磁性材料的剩磁变化产生的附加误差。与其他磁传感器相比，磁通门传感器的剩磁误差较小，但在高要求场合必须进一步降低剩磁误差。提高激励电流可以有效降低磁通门传感器的剩磁误差，但也造成了功耗大的问题。

文献1“Pulse Excitation ofMicro-Fluxgate Sensors，IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS，VOL.37，NO.4，JULY 2001 1988-2000”公开了一种采用窄脉冲激励方法，可以在功耗不大的情况下获得足够的激励电流幅值，从而有效降剩磁误差，但该方法在相同条件下使磁通门的灵敏度降低，且输出信号中高次谐波较多，给信号提取带来困难。

参照图5，文献2“Switching-mode fluxgate，TRANSDUCERS′03.12th International Conference onSolid-State Sensors，Actuators and Microsystems，2003，Vol.2，pp1283-1286”和文献3“Excitationefficiency of fluxgate sensors，Sensors and Actuators A 129，2006，pp75-79.”公开了一种激励端调谐的方法减小磁通门剩磁误差。其激励信号是用开关电路产生的方波信号，在信号输出端1和磁通门3的激励输入端2之间串联一个调谐电容Cr。利用磁通门激励线圈电感在铁芯饱和后减小的特性，通过调节串联电容Cr使其与铁芯饱和后的磁通门激励线圈谐振，获得一种在峰值处带有窄脉冲的正弦波激励电流信号。该方法经适当的调谐后，在经历磁场强度为5mT的冲击后，剩磁可误差达到1nT，消耗功率为50mW。这种方法必须仔细调节串联电容的数值使其在激励频率处与激励线圈电感产生谐振。当环境温度发生变化时，并联电容数值的变化和激励线圈电感的变化有可能偏离或破坏这种谐振状态。在谐振状态，激励电流的峰值(即尖脉冲的峰值)和激励电流的有效值调节很不方便。

发明内容

为了克服现有技术谐振调节困难的不足，本实用新型提供一种含同相微分器的磁通门传感器激励电路，采用电子线路分别对方波信号进行积分和微分获得三角波和尖脉冲信号，再将他们相加获得一种在峰值处带有尖脉冲的三角波电压信号作为磁通门的激励信号。它的输出波形是靠电路功能保证的，不用调节谐振，因而受温度影响小，且能方便调节激励电流峰值与有效值。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种磁通门传感器激励电路，其特点是：电阻R₁、电容C₁和运算放大器A₁连接成反相积分器，电阻R₂、电容C₂和运算放大器A₂连接成同相微分器，积分器和微分器的输入端连接在一起，并与输入的方波信号端相连接，电阻R₃、电阻R₄、可调电阻W₁和运算放大器A₃连接成加法器，积分器的输出与加法器的一个输入端R₃连接；微分器的输出与加法器的另一个输入端W₁连接，加法器的输出端与磁通门的输入端之间连接电容Cp。

本实用新型的有益效果是：由于采用积分、微分和相加的方法产生在三角波峰值处带有尖脉冲的信号作为磁通门的激励信号。它的输出波形是靠电路功能保证的，不用调节谐振，因而受温度影响小，且能方便调节激励电流峰值与有效值。本实用新型在经历磁场强度为10mT的冲击后，剩磁可误差达到0.5nT，消耗功率为42mW。与背景技术对比，本实用新型在不进行调谐的情况下，干扰磁场增大了一倍，剩磁误差减小了一半，功耗降低了8mW。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作详细说明。

附图说明

图1是含同相微分器的磁通门传感器激励电路的电路图。

图2是背景技术的电路图。

图中，1-方波信号，2-磁通门激励输入端，3-磁通门，4-激励电路输出端。

具体实施方式

参照图3。(1)电阻R₁、电容C₁和运算放大器A₁连接成反相积分器；

(2)电阻R₂、电容C₂和运算放大器A₂连接成同相微分器；

(3)积分器和微分器的输入端连接在一起，并与输入的方波信号1端相连接；

(4)电阻R₃、电阻R₄、可调电阻W₁和运算放大器A₃连接成加法器，运算放大器A₃具有功率驱动能力，可不失真地输出本实施例电路产生的激励电压和激励电流；

(5)积分器的输出与加法器的一个输入端R₃连接；微分器的输出与加法器的另一个输入端W₁连接；

(6)电阻R₁、电容C₁、电阻R₃和电阻R₄的数值由磁通门的激励频率，所需激励电压三角波部分的峰峰值和输入方波的峰峰值确定。所需激励电压三角波部分的峰峰值Vp-p与电阻R₁、电容C₁、电阻R₃和电阻R₄、激励频率f和输入方波的峰峰值E之间的关系为：

$V_{p-p}=\frac{E}{4}\·\frac{R_4}{R_3}\·\frac{1}{R_1{C}_1}\·\frac{1}{f}$

当激励频率为3kHz，输入方波的峰峰值为5V，所需激励电压三角波部分的峰峰值Vp-p为1.25V时，本实施例中，电阻R₁为10kΩ、电容C₁为33nF，电阻R₃和电阻R₄均为10kΩ。电阻R₁、电容C₁、电阻R₃和电阻R₄的数值也可以是满足上述关系的其他组合；

(7)激励频率f由所使用的磁通门的要求确定，激励电压三角波部分的峰峰值Vp-p大于使磁通门铁芯饱和的最小激励电压峰峰值；本实施例中激励频率f为3kHz，激励电压三角波部分的峰峰值Vp-p为1.25V；

(8)积分器的时间常数τ₁(电阻R₁和电容C₁的乘积)大于微分器的时间常数τ₂(电阻R₂和电容C₂的乘积)，根据对尖脉冲的宽度和幅度要求，τ₁是τ₂的2至200倍；本实施例中，R₁为10kΩ、电容C₁为33nF时，R₂为5kΩ、电容C₂为470pF；

(9)可变电阻W₁的可变范围为0至电阻R₄的10倍。

(10)在加法器的输出端4与磁通门3的输入端2之间连接电容Cp，其数值大于10uF，本实施例中取电容Cp的值为100uF。

本实施例采用积分、微分和相加的方法产生在三角波峰值处带有尖脉冲的信号作为磁通门的激励信号。与背景技术对比，本实施例在不进行调谐的情况下，干扰磁场增大了一倍，剩磁误差减小了一半，功耗降低了8mW。

Claims (1)

1、一种含同相微分器的磁通门传感器激励电路，其特征在于：电阻R₁、电容C₁和运算放大器A₁连接成反相积分器，电阻R₂、电容C₂和运算放大器A₂连接成同相微分器，积分器和微分器的输入端连接在一起，并与输入的方波信号端相连接，电阻R₃、电阻R₄、可调电阻W₁和运算放大器A₃连接成加法器，积分器的输出与加法器的一个输入端R₃连接；微分器的输出与加法器的另一个输入端W₁连接，加法器的输出端与磁通门的输入端之间连接电容Cp。

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