CN204389664U - 一种新型弱磁场精密测量电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型弱磁场精密测量电路,包括磁阻式传感器、放大电路、滤波电路、测量电路、offset电路和set/reset电路,所述磁阻式传感器的输出端与放大电路的输入端连接,放大电路的输出端与滤波电路连接,滤波电路的输出端与测量电路连接,offset电路、set/reset电路分别与磁阻式传感器连接。本实用新型的电路结构紧凑,其惠斯通电桥,“offset”带电阻,“set/reset”带电阻均设置于同一块传感器芯片内,三部分电路相互联系,共同工作。本实用新型的误差极低,通过两条带电阻的设置,消除了可能存在的环境误差,系统误差和随机误差,实现了弱磁场的精密测量的目的。本电路操作简单,去除了繁杂的软件误差处理,解决了记忆效应等问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及磁场的测量,特别涉及一种新型弱磁场精密测量电路。
背景技术
弱磁场是指磁场等级在地磁场附近(0.5Oe)或较弱于地磁场的磁场强度大小。而绝大多数的磁场均位于弱磁场区间。随着科学技术的发展,人们在磁场测量方面作了大量的工作,设计出了各种不同的磁场传感器,并广泛的应用于磁场测量之中。在探测磁场的大小、方向以及在探矿、地下钻孔、位置检测、无损探伤,磁场成像、航海系统等方面往往需要测得一个准确度很高的磁场值。
由于弱磁场等级较低,信号较小,同时噪声干扰与磁场信号相近,相对误差较大,变化较大,因此合适的磁场测量及误差处理电路是目前的重点。
现在常见的弱磁场测量方法,主要有磁通门法、霍尔效应法、巨磁阻效应法。但此三种方法均有明显的缺点:
磁通门法:磁通门法的绕制方法十分复杂,同时性能较好的磁通门其体积较大,成本较高,更重要的是磁通门必须静置测量,否则误差较大
霍尔效应法:霍尔效应法对mT级磁场敏感,对高斯及以下磁场不敏感,即其弱磁场敏感性不好
巨磁阻效应法:巨磁阻效应是制作磁盘的方法之一,在测量磁场中,因为其材料具有十分显著的磁滞特性,导致其记忆效应明显,误差较大。
随着技术的不断进步,磁场测量传感器也必将朝着低成本,低误差,操作简单,体积较小的方式前进,那些不利于测量或成本较高的方法将会得到改进甚至淘汰,而克服了上述缺点的测量方法也将得到更为广阔的发展空间。
实用新型内容
有鉴于此,本实用新型的目的在于提供一种新型弱磁场精密测量电路
为达到上述目的,本实用新型提供如下技术方案,一种新型弱磁场精密测量电路,包括磁阻式传感器、放大电路、滤波电路、测量电路、offset电路和set/reset电路,所述磁阻式传感器的输出端与放大电路的输入端连接,放大电路的输出端与滤波电路连接,滤波电路的输出端与数据处理电路连接,offset电路、set/reset电路分别与磁阻式传感器连接。
进一步,所述set/reset电路包括NMOS管、PMOS管、第一电容、第二电容、第三电容和第一电阻;所述PMOS管的源极与NMOS管的漏极连接,所述NMOS管的源极与第三电容的一端连接,第三电容的另一端与PMOS管的漏极连接,PMOS管的漏极经第一电阻与+5V电源连接,PMOS管的源极与NMOS管的漏极与第一电容的一端连接,第一电容的另一端与磁阻式传感器的set/reset端连接,第一电容与第二电容并联,NMOS管的栅极与PMOS管的栅极与脉冲电源连接,NMOS管的源极接地。
进一步,所述offset电路包括第一滑动变阻器和第二滑动变阻器;所述第一滑动变阻器的两个固定接线柱分别接+1V电源和-1V电源,滑片接磁阻式传感器的第一offset带;所述第二滑动变阻器的两个固定接线柱分别接+1V和-1V电源,滑片接磁阻式传感器的第二offset带。
进一步,所述放大电路包括第一放大模块、第二放大模块、第三放大模块和第四放大模块,所述第一放大模块包括第一放大器,所述第一放大器为INA128,第一放大器的正向输入端与磁阻式传感器的第一正输出端连接,第一放大器的反向输入端与磁阻式传感器的第一负输出端连接,第一放大器的8脚与1脚通过电阻连接,第一放大器的正电源端接+12V电源,负电源端接-12V电源,负电源端通过电容接地,第一放大器的参考端通过电容与正电源端连接,参考端接地;所述第二放大模块包括第二放大器,所述第二放大器为INA128,所述第二放大器的正向输入端与第一放大器的输出端连接,第二放大器的反向输入端通过电阻接地,第二放大器的正电源端接+12V电源,第二放大器的参考端通过电容与正电源端连接,参考端接地,第二放大器的负电源端接-12V电源,负电源端通过电容接地,第二放大器的输出端与滤波电路连接,第二放大器的8脚与1脚通过电阻连接;所述第三放大模块包括第三放大器,所述第三放大器为INA128,第三放大器的正向输入端与磁阻式传感器的第二正输出端连接,第三放大器的反向输入端与磁阻式传感器的第二负输出端连接,第三放大器的8脚与1脚通过电阻连接,第三放大器的正电源端接+12V电源,负电源端接-12V电源,负电源端通过电容接地,第三放大器的参考端通过电容与正电源端连接,参考端接地;所述第四放大模块包括第四放大器,所述第四放大器为INA128,所述第四放大器的正向输入端与第三放大器的输出端连接,第四放大器的反向输入端通过电阻接地,第四放大器的正电源端接+12V电源,第四放大器的参考端通过电容与正电源端连接,参考端接地,第四放大器的负电源端接-12V电源,负电源端通过电容接地,第四放大器的输出端与滤波电路连接,第四放大器的8脚与1脚通过电阻连接。
本实用新型的有益效果在于:
本实用新型的电路结构紧凑,其惠斯通电桥,“offset”带电阻,“set/reset”带电阻均设置于同一块传感器芯片内,三部分电路相互联系,共同工作。本实用新型的误差极低,通过两条带电阻的设置,消除了可能存在的环境误差,系统误差和随机误差,实现了弱磁场的精密测量的目的。本电路操作简单,去除了繁杂的软件误差处理,解决了记忆效应等问题。
附图说明
为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚,本实用新型提供如下附图进行说明:
图1为精密测量电路框图;
图2为精密测量电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合附图,对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。
如图1、2所述,一种新型弱磁场精密测量电路,包括磁阻式传感器、放大电路、滤波电路、测量电路、offset电路和set/reset电路,所述磁阻式传感器的输出端与放大电路的输入端连接,放大电路的输出端与滤波电路连接,滤波电路的输出端与测量电路连接,offset电路、set/reset电路分别与磁阻式传感器连接。
所述set/reset电路用于输出振荡脉冲,驱动set/reset带电阻工作,set/reset带电阻在通以适当大小,适当周期的峰值电流时可以使磁阻内部磁畴重排,消除软磁材料磁滞效应带来的“记忆误差”。所述set/reset电路包括NMOS管、PMOS管、第一电容、第二电容、第三电容和第一电阻;所述PMOS管的源极与NMOS管的漏极连接,所述NMOS管的源极与第三电容的一端连接,第三电容的另一端与PMOS管的漏极连接,PMOS管的漏极经第一电阻与+5V电源连接,PMOS管的源极与NMOS管的漏极与第一电容的一端连接,第一电容的另一端与磁阻式传感器的set/reset端连接,第一电容与第二电容并联,NMOS管的栅极与PMOS管的栅极与脉冲电源连接,NMOS管的源极接地。在本实施例中,NMOS管和PMOS管采用同型号的MOS管。
所述offset电路用于产生适当大小、方向的电流以驱运转offset带电阻工作,offset带电阻在通以适当大小、方向的电流时可以产生相应方向的磁场,此磁场应与环境磁场反向,实现“回零”的功能。所述offset电路包括第一滑动变阻器和第二滑动变阻器;所述第一滑动变阻器的两个固定接线柱分别接+1V电源和-1V电源,滑片接磁阻式传感器的第一offset带;所述第二滑动变阻器的两个固定接线柱分别接+1V和-1V电源,滑片接磁阻式传感器的第二offset带。
所述放大电路包括第一放大模块、第二放大模块、第三放大模块和第四放大模块,所述第一放大模块包括第一放大器,所述第一放大器为INA128,第一放大器的正向输入端与磁阻式传感器的第一正输出端连接,第一放大器的反向输入端与磁阻式传感器的第一负输出端连接,第一放大器的8脚与1脚通过电阻连接,第一放大器的正电源端接+12V电源,负电源端接-12V电源,负电源端通过电容接地,第一放大器的参考端通过电容与正电源端连接,参考端接地;所述第二放大模块包括第二放大器,所述第二放大器为INA128,所述第二放大器的正向输入端与第一放大器的输出端连接,第二放大器的反向输入端通过电阻接地,第二放大器的正电源端接+12V电源,第二放大器的参考端通过电容与正电源端连接,参考端接地,第二放大器的负电源端接-12V电源,负电源端通过电容接地,第二放大器的输出端与滤波电路连接,第二放大器的8脚与1脚通过电阻连接;所述第三放大模块包括第三放大器,所述第三放大器为INA128,第三放大器的正向输入端与磁阻式传感器的第二正输出端连接,第三放大器的反向输入端与磁阻式传感器的第二负输出端连接,第三放大器的8脚与1脚通过电阻连接,第三放大器的正电源端接+12V电源,负电源端接-12V电源,负电源端通过电容接地,第三放大器的参考端通过电容与正电源端连接,参考端接地;所述第四放大模块包括第四放大器,所述第四放大器为INA128,所述第四放大器的正向输入端与第三放大器的输出端连接,第四放大器的反向输入端通过电阻接地,第四放大器的正电源端接+12V电源,第四放大器的参考端通过电容与正电源端连接,参考端接地,第四放大器的负电源端接-12V电源,负电源端通过电容接地,第四放大器的输出端与滤波电路连接,第四放大器的8脚与1脚通过电阻连接。
本实用新型的电路结构紧凑,误差极低,通过两条带电阻的设置,消除了可能存在的环境误差,系统误差和随机误差,实现了弱磁场的精密测量的目的。本实用新型的功耗低,除“set/reset”带电阻外,其余部分均工作在mA电流下,而“set/reset”带电阻的电流持续时间为us级,因此,电路整体功耗为mW级别。本电路操作简单,去除了繁杂的软件误差处理,解决了记忆效应等问题。本实用新型一旦推广实施,其将成为一款高精度,低成本的磁场传感器,尤其是适用于目前倡导的经济、高效,便携,实现弱磁场的精密测量的目的。
最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制,尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。
Claims (4)
1.一种新型弱磁场精密测量电路,其特征在于:包括磁阻式传感器、放大电路、滤波电路、测量电路、offset电路和set/reset电路,所述磁阻式传感器的输出端与放大电路的输入端连接,放大电路的输出端与滤波电路连接,滤波电路的输出端与数据处理电路连接,offset电路、set/reset电路分别与磁阻式传感器连接。
2.根据权利要求1所述的新型弱磁场精密测量电路,其特征在于:所述set/reset电路包括NMOS管、PMOS管、第一电容、第二电容、第三电容和第一电阻;所述PMOS管的源极与NMOS管的漏极连接,所述NMOS管的源极与第三电容的一端连接,第三电容的另一端与PMOS管的漏极连接,PMOS管的漏极经第一电阻与+5V电源连接,PMOS管的源极与NMOS管的漏极与第一电容的一端连接,第一电容的另一端与磁阻式传感器的set/reset端连接,第一电容与第二电容并联,NMOS管的栅极与PMOS管的栅极与脉冲电源连接,NMOS管的源极接地。
3.根据权利要求1所述的新型弱磁场精密测量电路,其特征在于:所述offset电路包括第一滑动变阻器和第二滑动变阻器;所述第一滑动变阻器的两个固定接线柱分别接+1V电源和-1V电源,滑片接磁阻式传感器的第一offset带;所述第二滑动变阻器的两个固定接线柱分别接+1V和-1V电源,滑片接磁阻式传感器的第二offset带。
4.根据权利要求1所述的新型弱磁场精密测量电路,其特征在于:所述放大电路包括第一放大模块、第二放大模块、第三放大模块和第四放大模块,所述第一放大模块包括第一放大器,所述第一放大器为INA128,第一放大器的正向输入端与磁阻式传感器的第一正输出端连接,第一放大器的反向输入端与磁阻式传感器的第一负输出端连接,第一放大器的8脚与1脚通过电阻连接,第一放大器的正电源端接+12V电源,负电源端接-12V电源,负电源端通过电容接地,第一放大器的参考端通过电容与正电源端连接,参考端接地;所述第二放大模块包括第二放大器,所述第二放大器为INA128,所述第二放大器的正向输入端与第一放大器的输出端连接,第二放大器的反向输入端通过电阻接地,第二放大器的正电源端接+12V电源,第二放大器的参考端通过电容与正电源端连接,参考端接地,第二放大器的负电源端接-12V电源,负电源端通过电容接地,第二放大器的输出端与滤波电路连接,第二放大器的8脚与1脚通过电阻连接;所述第三放大模块包括第三放大器,所述第三放大器为INA128,第三放大器的正向输入端与磁阻式传感器的第二正输出端连接,第三放大器的反向输入端与磁阻式传感器的第二负输出端连接,第三放大器的8脚与1脚通过电阻连接,第三放大器的正电源端接+12V电源,负电源端接-12V电源,负电源端通过电容接地,第三放大器的参考端通过电容与正电源端连接,参考端接地;所述第四放大模块包括第四放大器,所述第四放大器为INA128,所述第四放大器的正向输入端与第三放大器的输出端连接,第四放大器的反向输入端通过电阻接地,第四放大器的正电源端接+12V电源,第四放大器的参考端通过电容与正电源端连接,参考端接地,第四放大器的负电源端接-12V电源,负电源端通过电容接地,第四放大器的输出端与滤波电路连接,第四放大器的8脚与1脚通过电阻连接。
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CN106813658B (zh) * | 2017-02-14 | 2019-10-15 | 江苏科技大学 | 一种磁场检测电路、磁钉检测装置及磁钉定位方法 |
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