CN204389664U - 一种新型弱磁场精密测量电路 - Google Patents

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

一种新型弱磁场精密测量电路

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。