CN205080248U - 智能磁传感器和用于智能磁传感器的探头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种智能磁传感器，包括外壳、供电模块、通信模块、磁路模块和电路模块，所述磁路模块包括信号感应单元，所述电路模块包括信号采集单元和信号处理单元，所述信号采集单元和信号处理单元由GMI芯片匹配处理单元构成，所述外壳呈盒状结构，所述供电模块、信号感应单元和信号采集单元位于外壳内部，所述信号感应单元通过感应地磁场生成模拟信号，所述信号采集单元接收模拟信号并传递给信号处理单元，所述信号处理单元将接收到的信号进行处理计算将模拟信号转化为数字信号并传递给所述通信模块。本实用新型的智能磁传感器结构简单、检测精准，低功耗，成本低、智能小型化。

Description

智能磁传感器和用于智能磁传感器的探头

技术领域

本实用新型涉及弱磁场测量技术领域，具体涉及一种智能磁传感器，用于该智能磁传感器的探头、以及基于该智能磁传感器的车辆检测方法。

背景技术

本实用新型属于弱磁场测量技术领域，本实用新型涉及一种智能弱磁磁场探测传感器和一种缓变和瞬变磁场探测方法，具体涉及一种巨磁阻抗非晶丝传感器以及一种基于非晶丝巨磁磁阻抗效应的可用于车辆检测、铁磁性工程结构物应力检测，钢绞线断丝检测等领域的磁传感器。

现阶段，新型传感器逐渐向着微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化方向发展，它不仅促进了传统产业的改造，而且可能导致建立新型工业，是21世纪新的经济增长点。

但是，目前已有的利用非晶丝磁阻抗技术的磁阻抗传感器存在许多问题，例如，使用脉冲信号作为激励信号，这种信号对电路存在冲击，噪音大，可选激励信号波形种类有限。而且，现有技术的非晶丝磁阻抗传感器通过对缠绕在非晶丝上的线圈通电而对非晶丝施加偏置磁场，这种偏置磁场会对测量磁场产生影响，由于这种偏置磁场施加于非晶丝的轴向，会阻止环形磁畴的圆周方向磁化，在一定程度上阻碍了磁场测量灵敏度的提高，削弱了非晶丝的磁阻抗效应。此外，为了对采样信号进行放大，通常会在信号处理电路中设置放大电路，这不仅增加了电路的复杂性和传感器的成本，而且放大效果也不理想。

现有的在智能交通中，地球磁场范围内的磁感应技术也得到充分的应用，这些都应用侧重于在地磁场环境下的车辆检测。当车辆接近磁传感车辆检测器检测区域时，检测区域的磁力线受挤压而集合，当车辆将要通过检测区域时，检测区域的磁力线进一步收缩，当车辆通过检测区域时，磁力线受牵拉而沿中心发散。利用这些特点传感器可以捕捉车辆接近、通过或远离，从而实现对车辆的实时检测。

CN200810181901X中公开了一种微磁传感器，利用非晶丝的磁阻效应和电磁关系原理，将磁场信息转变成电讯号进行测量，但传感器通过次敏感器件的偏置电流和激励电流共同起作用，而偏置电流能够产生较高的温飘从而影响检测结果。

CN201110055819公开了一种交通信息检测系统，其中图钉结构传感器是利用磁敏感材料-非晶丝的据此阻抗变化来检测车辆通过时其扰动地磁场的变化，动态参数采用脉冲供电形式，由此产生的问题为功耗较大，功率较小，且通过脉冲供电形式进行参数采集在实施过程中并不准确，由于峰值持续时间小，而设备启动需要有时间差，因此无法精确采集到峰值，并且检测距离较短，由此需用传感器的数量较多，耗费大量成本。

因此，研制一种智能化的高精度磁传感器，就成为了现在工程应用中的焦点之一,而针对弱磁检测领域，本实用新型提到的巨磁阻抗智能磁敏传感器可以有效适应弱磁场检测。

实用新型内容

磁传感器就是把磁场、电流、应力应变、温度、光等引起敏感元件磁性能的变化转换成电信号，以这种方式来检测相应物理量的器件。在磁场检测中，由于磁场的面积、体积、缝隙大小等都是有限面积(尺寸)，因此我们希望磁敏元件之面积与被测磁场面积相比也应该是越小越准确。在磁场成像的技术中，元件体积越小，在相同的面积内采集的像素就愈多。分辨率、清晰度越高。在表面磁场测量与多级磁体的检测中，在磁栅尺中，必然有如此要求。从磁敏元件工作机理看，为提高灵敏度在几何形状处于磁场中的几何尺寸都有相应要求。

磁场测量在生产科研各领域是一个重要问题。随着微电子技术的迅速发展，在国防、汽车电子、机器人技术、生物工程、自动化控制等领域需要一些微型或小型的、高性能、高灵敏度且响应速度快的磁场传感器来检测相关参数，例如磁场信息、转速、位移等等。目前，常规的磁场传感器有：霍尔效应(Hall)磁场传感器、各向异性磁电阻(AMR)磁场传感器、巨磁电阻(GMR)磁场传感器、磁通门(Fluxgate)传感器等等。但是，上述磁场传感器都有一定的缺陷。例如，霍尔效应磁场传感器虽然是目前应用最为广泛的磁场传感器，但其输出信号变化小，灵敏度低，测量磁场时还有一定的磁场方向各向异性，适用于中强磁场测量；各向异性磁电阻(AMR)磁场传感器的磁阻变化率大小只有2％-4％，其磁场灵敏度小于1％/Oe，制造设备复杂；巨磁电阻(GMR)传感器的磁阻变化率虽然可以达到80％以上，可获得较高信号输出，但其磁场灵敏度仍然较低；磁通门传感器对线圈绕制的要求特别精确，信号处理要求较高。而且上述传感器的电路太过复杂，成本较高。在较高要求的应用领域中，尤其在智能交通、水陆交通流量监测、车型与船型检测、车辆间隔与车速检测、车位及泊位检测与引导等通过探测磁场扰动的变化实现报警与信息监控的场合、公共安全防范、隐蔽性周界的建立、航空、航天、航海领域等场合下，上述磁场传感器由于磁场探测分辨率低、探测距离近、响应速度慢、体积大、功耗高、温度稳定性差、方向性差、布线繁琐、或维护困难而不能满足实际应用对微弱磁场快速测定的要求。

巨磁磁阻抗效应是指材料在高频交变电流的激励下，交流阻抗随外加磁场强度的变化而迅速变化的现象。高精度、高性能的传感器制备要以质量优异、性能卓越的传感器材料为基础，非晶态材料是目前发现的微磁敏感性能最好的材料之一，在巨磁阻抗传感器的应用中具有得天独厚的优势。

非晶丝磁阻抗传感器的工作原理是：利用非晶丝的磁阻抗效应，通过对非晶丝施以一定频率的激励，使非晶丝成为磁阻抗变化的载体。当外部磁场发生变化时，非晶丝的磁阻抗也随之变化，绕在非晶丝上的信号采样线圈随即感应出相应的电压信号。由此，该电压信号就与此时外部磁场的强弱形成了明确的对应关系。通过测量此电压信号，就可以测量外部磁场的强弱和大小。

在上述现有技术的基础上，本实用新型提出了智能磁传感器的技术方案，该技术方案可以广泛的适用于各类高精度的磁场检测应用中，例如地磁场扰动等等。本实用新型提出了以下的具体技术方案：

一种智能磁传感器，包括MCU电路、GMI检测单元、补偿电路、检测电路和管理电路；所述GMI检测单元与所述补偿电路、检测电路连接，所述管理电路分别与所述补偿电路、检测电路、MCU电路连接；其特征在于：所述GMI检测单元用于检测磁信号，所述补偿电路用于对GMI检测单元所检测到的磁信号进行磁补偿，所述检测电路用于检测出所述GMI检测单元所处的环境磁场；

所述管理电路用于GMI检测单元所检测出的磁信号的放大处理，并对补偿电路和检测电路进行管理；所述MCU电路用于控制管理电路，实现管理电路对所述GMI检测单元、补偿电路和检测电路的管理控制。

优选的，所述GMI检测单元进一步包括：测头单元、电源输入模块、保护接地模块、信号输出模块；所述GMI检测单元，用于实现对缓变或瞬变磁场的信号探测；其中，所述测头单元，用于感测当前的缓变或瞬变磁环境、并获取对应的磁信号。

优选的，所述测头单元包括非晶丝焊盘、导体焊盘、导线、非晶丝、绕线轴和骨架,所述测头单元采用MEMS工艺封装。

优选的，所述非晶丝对称通过绕线轴中心与非晶丝焊盘焊接；所述导线缠绕在绕线轴上构成激励线圈和检测线圈，并与导体焊盘焊接。

优选的，所述导线为金属导线,所述金属优选为铜、铝或银；所述骨架设置成哑铃、矩形或者菱形的形状，制造材料优选为LCP材料。

优选的，所述检测电路包括磁异常检出电路、磁检出线圈、检出放大电路、温度补偿电路；所述磁异常检出电路与磁检出线圈连接，以检测磁场变化；所述温度补偿电路与磁异常检出电路连接，并根据磁异常检出电路的输出进行温度补偿，并将补偿量反馈给磁异常检出电路；温度补偿电路将温度补偿后的输出值输出给检出放大电路，所述检出放大电路将放大后的检出值传输给补偿电路。

优选的，所述补偿电路包括磁补偿线圈、磁共振驱动电路、激励振荡器；所述磁补偿线圈设置在非晶丝外侧，所述非晶丝分别与磁共振驱动电路、激励振荡器连接，所述激励振荡器与所述磁共振驱动电路连接。

优选的，所述磁补偿线圈、磁检出线圈分别串接一电容器，以隔离直流电流或交流电流。

优选的，所述非晶丝采用Co-Fe-M-Si-B非晶丝材料制成，所述非晶丝外层包覆一层玻璃。

优选的，所述非晶丝采用Co-Fe-M-Si-B非晶丝材料，其响应速度小于10纳秒，灵敏度高(满量程输出1000mV左右)、长度小于5毫米，直径范围为：30微米-100微米。

本实用新型还提供了一种磁传感器探头，所述探头包括非晶丝焊盘、导体焊盘、导线、非晶丝、绕线轴和骨架；其特征在于：所述骨架中间段设置为绕线轴，骨架两端分别设置有端头，所述绕线轴截面积小于端头截面积；在所述骨架中心埋入所述非晶丝，所述非晶丝与绕线轴同心放置。

优选的，所述非晶丝对称通过绕线轴中心与导体焊盘焊接；所述导线缠绕在绕线轴上构成激励线圈和检测线圈，并与导体焊盘焊接。

优选的，所述非晶丝采用Co-Fe-M-Si-B非晶丝材料制成，所述非晶丝外层包覆一层玻璃。

优选的，所述非晶丝的非晶材料断裂拉伸强度为3000Mpa，非晶丝外层包覆一层玻璃；所述非晶丝两端在注塑前剥除玻璃层。

优选的，所述非晶丝采用Co-Fe-M-Si-B非晶丝材料，其响应速度小于10纳秒，灵敏度高(满量程输出1000mV左右)、长度小于5毫米，直径范围为：30微米-100微米。

优选的，所述非晶丝焊盘和导体焊盘的厚度为0.1mm-0.2mm；所述导体焊盘的材料与非晶丝的材料相适应，用以保证导电性和焊接性；所述导体焊盘的电极材料优选采用镀金或沉金。

优选的，所述骨架材质为LCP或PEI；所述绕线轴直径为φ0.3±0.02mm；

优选的，所述骨架可以制成一哑铃形状，中间设置为绕线轴，用来绕制导线线圈。

优选的，所述骨架上设置有2个非晶丝焊盘、4个导体焊盘；

所述2个非晶丝焊盘分别位于所述探头的两端顶侧，所述4个导体焊盘位于所述探头的中部，相对于绕线轴对称设置，并设置于靠近绕线轴一侧。

优选的，所述磁传感器探头通过MEMS工艺制造，在硅晶上设计，并预制出6个绑定点，所述6个绑定点包括2个非晶丝焊盘和4个导体焊盘。

优选的，当所述磁传感器探头用于检测导线等金属物体时，该探头设置为中空的环形或弧形。

本实用新型提供的技术方案具有以下优势：

1、本实用新型的磁传感器探头，其响应速度小于10纳秒，灵敏度高(满量程输出1000mV左右)、体积小、耐腐蚀、抗冲击能力强；

2、本实用新型提供的智能磁传感器，由于探头采用非晶丝技术，形状可以多变，可以设计为盒装、弧形或圆形等，能够适应车辆、导线检测、钢缆检测等多种情形，具有良好的适用性；

3、本实用新型通过将RFID作为独立的模块，调整芯片，以及对非晶丝磁路和电路进行整合，降低了功耗，增加功率，并将波形调整为方便捕捉和采集峰值的调制波形式，解决的现有技术中出现的问题。

附图说明

图1为智能磁传感器的电路框图；

图2为本实用新型实施例的GMI检测单元接口示例图；

图3为本实用新型实施例的测头单元示例图；

图4为本实用新型实施例的通过MEMS工艺制作的测头单元示例图；

图5为本实用新型实施例的检测电路结构图；

图6为本实用新型实施例的补偿电路结构图；

图7为本实用新型实施例的检测电路、补偿电路一改进示例图；

图8为磁场与磁传感器特性曲线图；

图9为本实用新型实施例的骨架的一示例图；

图10为本实用新型实施例的焊盘示例图；

图11为本实用新型实施例的非晶丝剖面示例图；

图12为本实用新型实施例的磁传感器的盒式封装示例图；

图13为本实用新型实施例的基于智能磁传感器的车辆检测装置示例图；

图14为本实用新型实施例的智能磁传感器检测车辆对磁场扰动的示例图。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本领域技术人员应当知晓，下述具体实施例或具体实施方式，是本实用新型为进一步解释具体的实用新型内容而列举的一系列优化的设置方式，是对权利要求的进一步解释，而本实用新型的保护范围并不限于下列具体实施例的描述，并且该些设置方式之间均是可以相互结合或者相互关联使用的，除非在本实用新型明确提出了其中某些或某一具体实施例或实施方式无法与其他的实施例或实施方式进行关联设置或共同使用。同时，下述的具体实施例或实施方式仅作为最优化的设置方式，而不作为限定本实用新型的保护范围的理解。

实施例1

如图1为本实用新型的智能磁传感器的电路框图，在该具体实施例中，如图1所示，本实用新型提供了一种智能磁传感器，所述磁传感器包括MCU电路、GMI检测单元、补偿电路、检测电路和管理电路；所述GMI检测单元与所述补偿电路、检测电路连接，所述管理电路分别与所述补偿电路、检测电路、MCU电路连接；其中，所述GMI检测单元用于检测磁信号；所述补偿电路用于对GMI检测单元所检测到的磁信号进行磁补偿；所述检测电路用于检测出所述GMI检测单元所处的环境磁场；所述管理电路用于GMI检测单元所检测出的磁信号的放大处理，并对补偿电路和检测电路进行管理；所述MCU电路用于控制管理电路，实现管理电路对所述GMI检测单元、补偿电路和检测电路的管理控制。

在一具体的实施方式中，所述GMI检测单元进一步包括：测头单元、电源输入模块、保护接地模块、信号输出模块。

如图2所示，GMI检测单元，其包括：测头单元、电源输入模块，及保护接地模块，信号输出模块，四个部分整合在了一个方盒子里。为适合电器连接，1、2、3、4连接端部分，被设计可以和4pin的金手指连接端子连接，也可以利用5、6分立连接。

在一具体的实施方式中，如图3所示，所述测头单元包括非晶丝焊盘、导体焊盘、导线、非晶丝、绕线轴和骨架；所述非晶丝对称通过绕线轴中心与非晶丝焊盘焊接；所述导线缠绕在绕线轴上构成激励线圈和检测线圈，并与导体焊盘焊接。图3中，骨架可以设置成哑铃的形状，并采用LCP材料，当然此处也可以采用PEI材料等其他材料制作，需要声明，图3中的骨架仅作为一种优选的具体实施方式进行展示，该骨架可以也可以设置成为弧形、圆形等其他的形状，从而方便不同的使用环境和被检测物，例如，当作为一般的磁传感器进行例如车辆等检测时，可以做成哑铃状、矩形、菱形等形状，只要方便磁传感器的装配即可，这样可以方便地将智能磁传感器埋于地下或嵌入其他物体中，方便检测；此外，骨架也可以做成弧形或圆形，这样，整个探头即可以成为中空的环形或弧形，对于检测导线等金属物体更为方便；当然，本领域技术人员也可以根据具体的使用环境对骨架形状进行适当的改进，但应当声明的是，这些改进均应视为落入本申请的保护范围之内。

在一具体的实施方式中，所述导线为金属导线；该导线也即绕在非晶丝外侧的线圈导线；所述金属为铜、铝、银等，也可以采用其他的金属导体，此处不再赘述；所述测头单元采用MEMS工艺封装，图4为一示例性的通过MEMS工艺封装制作的测头单元示例图，基于MEMS工艺的GMI检测单元中的测头单元，该测头利用MEMS工艺生产，在6英寸硅晶圆上设计数量超过400个，并且预制出6个经过特殊材料选择的绑定点。该方法利用半导体工艺，通过绑定点和敏感材料的匹配设计，有效提高了工艺一致性和焊接质量。

在一具体的实施方式中，如图5所示，所述检测电路包括磁异常检出电路、磁检出线圈、检出放大电路、温度补偿电路；所述磁异常检出电路与磁检出线圈连接，以检测磁场变化；所述温度补偿电路与磁异常检出电路连接，并根据磁异常检出电路的输出进行温度补偿，并将补偿量反馈给磁异常检出电路；温度补偿电路将温度补偿后的输出值输出给检出放大电路，所述检出放大电路将放大后的检出值传输给补偿电路。图5中，磁敏亚纳米金属玻璃纤维，也即本实施例中具体所采用的非晶丝，该管理控制电路也即本实施例中的管理电路。

在一具体的实施方式中，如图6所示，所述补偿电路包括磁补偿线圈、磁共振驱动电路、激励振荡器；所述磁补偿线圈设置在非晶丝外侧，所述非晶丝分别与磁共振驱动电路、激励振荡器连接，所述激励振荡器与所述磁共振驱动电路连接。

在一具体的实施方式中，如图7所示，所述磁补偿线圈、磁检出线圈分别串接一电容器，以隔离直流电流或交流电流。当交流电流和直流电流流过磁补偿线圈、磁检出线圈时，产生交流调制磁场和直流偏置磁场，而此时设置电容器C1，C2分别与磁补偿线圈、磁检出线圈串接，可以有效隔离直流电流或交流电流。当一个适当的直流偏置磁场被施加到传感器时，由于非晶丝的BH曲线的非线性，所述交流电压的振幅与外部场的变化将如图8所示，这即是磁传感器的检测原理。

在一具体的实施方式中，所述非晶丝采用Co-Fe-M-Si-B非晶丝材料；所述非晶丝外层包覆一层玻璃。

本传感器是一种响应极快地磁异常检测传感器，适用高速磁场变化和缓变磁场比值，如远距离磁开关、海底潜艇检测传感器网络、高速铁磁检测等，还可适用于地磁异常检测，如舰艇、船舰检测、边防武器车辆坦克等磁异常检测、地质探勘、地震磁异常检测等。

在一具体的实施方式中，所述智能磁传感器可以设置成为模拟信号输出型或者数字信号输出型，即分别输出模拟检测信号、数字检测信号，该数字输出型设置有微处理器。

本传感器按开关量输出，适用于智能交通车辆检测，替代传统的地感线圈检测器，可广泛用于交通路口、智能控制红绿灯、路边泊位停车、停车场出入口、自动控制的门、高速公路车流量监测等方面。

实施例2

本实用新型还提供了一种磁传感器探头，所述探头包括非晶丝焊盘、导体焊盘、导线、非晶丝、绕线轴和骨架；所述骨架中间段设置为绕线轴，骨架两端分别设置有端头，所述绕线轴截面积小于端头截面积；在所述骨架中心埋入所述非晶丝，所述非晶丝与绕线轴同心放置；所述骨架上设置有2个非晶丝焊盘、4个导体焊盘。

如图9所示，为本实施例一具体实施方式中骨架的形状以及参数设置，该骨架可以制成一哑铃形状，中间设置为绕线轴，用来绕制导线线圈，图9中的尺寸仅作为一示例性的优选实施方式使用，并不作为本实用新型的范围限定。

在一具体的实施方式中，如图10所示，所述4个导体焊盘的材料与绕线线圈的材料相适应，用以保证导电性和焊接性；所述2个非晶丝焊盘分别位于所述探头的两端顶侧，如图10中骨架两端的矩形焊盘；所述4个导体焊盘位于所述探头的中部，相对于绕线轴对称设置，并靠近绕线轴一侧，如图10中位于骨架中间的四个正方形小焊盘。当然，图10中的具体尺寸设置，仅作为一个具体的实施方式的示例，并不作为限定本实用新型保护范围的理解。所述的焊盘，设置成为矩形或正方形，仅仅是一示例，该些焊盘也可以设置成为其他的任意形状，该些形状可以根据具体制作的工艺需要来设置，而这些焊盘的位置设置，图10中也仅是一优选的实施方式，也可以将非晶丝焊盘设置在骨架的靠近中间位置，而在不影响绕线需要的情况下，导体焊盘也可以设置在其他的位置上，本领域技术人员应当理解，该些常规的位置以及焊盘形状的设置更改，均应视为落入本实用新型的保护范围之内。

此外，所述的4个导体焊盘的材料与绕线线圈的材料相适应，以利于优良的导电性和焊接性，具体的焊盘材料可以依据导体材料而定，此处不再赘述。

在一具体的实施方式中，所述探头通过MEMS工艺制造，在硅晶上设计，并预制出6个绑定点,基于该绑定点上述探头可以实现供电、数据的传输等。具体而言，在一具体的实施方式中，在6英寸硅晶圆上设计数量超过400个，并且预制出6个经过特殊材料选择的绑定点。该方法利用半导体工艺，通过绑定点和敏感材料的匹配设计，有效提高了工艺一致性和焊接质量。

在一具体的实施方式中，所述非晶丝采用Co-Fe-M-Si-B非晶丝材料。如图11所示的一示例性实施例中，所述非晶丝的非晶材料断裂拉伸强度为3000Mpa，非晶丝直径为0.0328mm，外层包覆一层0.002mm的玻璃，此处的直径与玻璃层厚度，为本实施例中的一优选实施方式，并不作为限定本实用新型保护范围的理解；所述非晶丝两端在注塑前剥除玻璃层。

在一具体的实施方式中，所述骨架材质为LCP或PEI；所述绕线轴直径为φ0.3±0.02mm。所述非晶丝焊盘和导体焊盘的厚度为0.1mm-0.2mm；所述焊盘的电极材料采用镀金或沉金。

在一具体的实施方式中，如图12所示，该磁传感器可以封装为盒式的，将工艺加工完成的磁传感器封装为立方体形状，以方便与其他电路的组装和使用。当然，此处仅作为一优选的示例，该封装也可以采用其他的方式，例如弧形、圆环等形状，该些形状的改变，可以根据实际检测目标和使用环境的不同而进行更改，该些更改均应视为落入本申请的保护范围之内。

所述非晶丝采用Co-Fe-M-Si-B非晶丝材料，其响应速度小于10纳秒，灵敏度高(满量程输出1000mV左右)、长度小于5毫米，直径范围为：30微米-100微米，耐腐蚀、抗冲击能力强。

实施例3

在一具体的实施方式中，在上述实施例的基础上，本实用新型还提供了一种使用上述的智能磁传感器的车辆检测器，如图13所示，所述车辆检测器包括智能磁传感器、系统微处理器(MCU)、无线发射模块、无线RFID读卡器模块；所述智能磁传感器用于监测停车位的车辆扰动地磁场磁异常信号，所述系统微处理器用于对检测到的停车位车辆有无信号和车辆扰动地磁场磁异常信号进行模数转换、采集及信号处理分析，以获得停车位的车辆信息，并将所述停车信息通过无线发射模块进行发送；所述RFID读卡器模块用于读取车辆RFID射频卡所携带的车辆信息。

该智能磁传感器具有检测缓变磁场信号和瞬变磁场信号功能，而不同的车底盘高度，将会对地磁场产生大小不同的扰动影响，因此，基于此，该智能磁传感器可适用于泊车状态的停车位置上面的车辆有无状态的检测判断、车辆类型的检测及判断。当车辆经过智能磁传感器附近时，由于车辆是具有磁导材料的，因此，会对所在位置处的地磁场产生扰动，智能磁传感器可以敏锐地检测到这一地磁扰动，从而检测出车辆在该位置处，并将检测及处理后的信号传递给系统微处理器，即MCU。在一具体的实施方式中，该智能磁传感器可以预先买入需要检测的位置处的地面下，也可以嵌入地面附近的其他物体中，具体位置可以根据检测环境而定。

在一具体的实施方式中，振荡器用来激励非晶丝，加快其响应速度，放大器用于放大非晶丝探头的信号并送入A/D转换器变为数字信号进入系统微处理器，系统微处理器对采集的信息进行处理，通过陶瓷天线，系统微处理器发送数据到交通流动态参数采集存贮处理系统的数据接收天线。通过磁传感器探头，将磁场信号转换为交流电信号，再由电路进行计算处理。系统微处理器采集磁场信号，经软件识别，进行环境地磁分析和车辆扰动地磁检测。系统微处理器通过无线通信方式与交通流动态参数采集存贮处理系统中的单片机进行通信，交通流动态参数采集、存贮、处理系统能实时处理车辆的通过数量、车速等。

在一具体的实施方式中，该智能磁传感器也可应用于行驶中的车辆检测，该车辆检测装置检测车辆时采用以下方法：

本实用新型还提供了一种用于检测车辆各类信息的方法，其使用到如上技术方案中所述的智能磁传感器，该方法步骤如下：

将所述智能磁传感器设置在车辆检测地点；

以一预设采样速率检测所述车辆检测地点地磁场信号的变化；

并在地磁场增高的变化率超过阈值时，发出车辆驶入信号。

在一具体的实施方式中，当地磁场降低的变化率超过阈值时，发出车辆驶出信号。

在一具体的实施方式中，发出车辆驶入信号的同时进行计时，并在发出车辆驶出信号时，停止计时，从而获取车辆停留的时长，并发送时长信号。如图14所示，车辆对地磁场造成的扰动变化，主要是由车轮造成，而对于某类特殊车辆，例如坦克车，则其驶过造成的地磁扰动将是基本连续的，可以通过对这些扰动的变化的检测，实现对车辆多种信息检测。

这一驶入与驶出可以是应用在停车检测上，也可以应用在道路中的车辆通过检测，此时，检测可以设定一不同的时间阈值，例如，检测停车时，阈值可以较长，检测高速公路车辆时，阈值可以较短；当时间小于某一阈值时，默认为同一辆车的不同轮胎造成的扰动，也可以根据在该时间阈值以内的轮胎扰动次数，简单确定车辆的类型，例如是六轮工程车辆，还是四轮普通车辆，或者军用坦克、军用特殊车辆等等。

在一具体的实施方式中，在所述智能磁传感器平行设置压电传感器，在检测地磁场变化信号的同时，检测车辆轮胎对压电传感器产生的压力信号；在所述车辆停留时长内，对所述压力信号进行积分运算，获取车辆重量信息。

为检测车辆停车，采用磁异常斜率检测和阈值检测结合的方法，通过采集磁信号，计算磁信号的变化速度(即斜率)，与环境磁场信号进行差值检测变化幅度实现停车检测；为检测车辆计数，采用车头车位磁信号反向变化识别计算车辆个数；为检测车速，采用车头车位磁信号反向变化时间差和特定车型的车长，进行速度计算。

在又一具体的实施方式中，所述的智能磁敏传感器只能显示出一个铁磁性物体经过了检测器，在车辆检测方面，只能提供车辆的特征信息，不能提供车重信息，而结合压电传感器(例如压电光纤传感器器等)检测经过传感器的轮胎，产生一个与施加到传感器上的压力成正比的模拟信号，并且输出的周期与轮胎停留在传感器上的时间相同。每当一个轮胎经过传感器时，传感器就会产生一个新的电子脉冲。在车辆重量不等时，产生的脉冲的幅度变化，用智能磁敏传感器记录车辆经过的时间，通过对受力产生的信号积分，从而在行驶中称重。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (20)

1.一种智能磁传感器，包括MCU电路、GMI检测单元、补偿电路、检测电路和管理电路；所述GMI检测单元与所述补偿电路、检测电路连接，所述管理电路分别与所述补偿电路、检测电路、MCU电路连接；其特征在于：

所述GMI检测单元用于检测磁信号，所述补偿电路用于对GMI检测单元所检测到的磁信号进行磁补偿，所述检测电路用于检测出所述GMI检测单元所处的环境磁场；

所述管理电路用于GMI检测单元所检测出的磁信号的放大处理，并对补偿电路和检测电路进行管理；所述MCU电路用于控制管理电路，实现管理电路对所述GMI检测单元、补偿电路和检测电路的管理控制。

2.根据权利要求1所述的智能磁传感器，其特征在于：

所述GMI检测单元进一步包括：测头单元、电源输入模块、保护接地模块、信号输出模块；所述GMI检测单元，用于实现对缓变或瞬变磁场的信号探测；所述测头单元，用于感测当前的缓变或瞬变磁环境、并获取对应的磁信号。

3.根据权利要求2所述的智能磁传感器，其特征在于：

所述测头单元包括非晶丝焊盘、导体焊盘、导线、非晶丝、绕线轴和骨架,所述测头单元采用MEMS工艺封装。

4.根据权利要求3所述的智能磁传感器，其特征在于：

所述非晶丝对称通过绕线轴中心与非晶丝焊盘焊接；

所述导线缠绕在绕线轴上构成激励线圈和检测线圈，并与导体焊盘焊接。

5.根据权利要求3或4所述的智能磁传感器，其特征在于：

所述导线为金属导线,所述金属优选为铜、铝或银；

所述骨架设置成哑铃、矩形或者菱形的形状，制造材料优选为LCP材料。

6.根据权利要求1-5任一所述的智能磁传感器，其特征在于：

所述检测电路包括磁异常检出电路、磁检出线圈、检出放大电路、温度补偿电路；所述磁异常检出电路与磁检出线圈连接，以检测磁场变化；所述温度补偿电路与磁异常检出电路连接，并根据磁异常检出电路的输出进行温度补偿，并将补偿量反馈给磁异常检出电路；温度补偿电路将温度补偿后的输出值输出给检出放大电路，所述检出放大电路将放大后的检出值传输给补偿电路。

7.根据权利要求3-5任一所述的智能磁传感器，其特征在于：

所述补偿电路包括磁补偿线圈、磁共振驱动电路、激励振荡器；所述磁补偿线圈设置在非晶丝外侧，所述非晶丝分别与磁共振驱动电路、激励振荡器连接，所述激励振荡器与所述磁共振驱动电路连接。

8.根据权利要求5或6所述的智能磁传感器，其特征在于：

所述磁补偿线圈、磁检出线圈分别串接一电容器，以隔离直流电流或交流电流。

9.根据权利要求3-8中任一所述的智能磁传感器，其特征在于：

所述非晶丝采用Co-Fe-M-Si-B非晶丝材料制成，所述非晶丝外层包覆一层玻璃。

10.根据权利要求9所述的智能磁传感器，其特征在于：

所述非晶丝采用Co-Fe-M-Si-B非晶丝材料，其响应速度小于10纳秒，灵敏度高(满量程输出1000mV左右)、长度小于5毫米，直径范围为：30-100微米。

11.一种磁传感器探头，所述探头包括非晶丝焊盘、导体焊盘、导线、非晶丝、绕线轴和骨架；其特征在于：

所述骨架中间段设置为绕线轴，骨架两端分别设置有端头，所述绕线轴截面积小于端头截面积；在所述骨架中心埋入所述非晶丝，所述非晶丝与绕线轴同心放置。

12.根据权利要求11所述的磁传感器探头，其特征在于：

所述非晶丝对称通过绕线轴中心与导体焊盘焊接；

所述导线缠绕在绕线轴上构成激励线圈和检测线圈，并与导体焊盘焊接。

13.根据权利要求11所述的磁传感器探头，其特征在于：

所述非晶丝采用Co-Fe-M-Si-B非晶丝材料制成，所述非晶丝外层包覆一层玻璃。

14.根据权利要求11-13中任一所述的磁传感器探头，其特征在于：

所述非晶丝的非晶材料断裂拉伸强度为3000Mpa，非晶丝外层包覆一层玻璃；所述非晶丝两端在注塑前剥除玻璃层。

15.根据权利要求11-14中任一所述的磁传感器探头，其特征在于：

所述非晶丝采用Co-Fe-M-Si-B非晶丝材料，其响应速度小于10纳秒，灵敏度高(满量程输出1000mV左右)、长度小于5毫米，直径范围为：30-100微米。

16.根据权利要求11-15中任一所述的磁传感器探头，其特征在于：

所述非晶丝焊盘和导体焊盘的厚度为0.1mm-0.2mm；

所述导体焊盘的材料与非晶丝的材料相适应，用以保证导电性和焊接性；

所述导体焊盘的电极材料优选采用镀金或沉金。

17.根据权利要求11-16中任一所述的磁传感器探头，其特征在于：

所述骨架材质为LCP或PEI；所述绕线轴直径为φ0.3±0.02mm；

优选的，所述骨架可以制成一哑铃形状，中间设置为绕线轴，用来绕制导线线圈。

18.根据权利要求11-17中任一所述的磁传感器探头，其特征在于：

所述骨架上设置有2个非晶丝焊盘、4个导体焊盘；

所述2个非晶丝焊盘分别位于所述探头的两端顶侧，所述4个导体焊盘位于所述探头的中部，相对于绕线轴对称设置，并设置于靠近绕线轴一侧。

19.根据权利要求11-18中任一所述的磁传感器探头，其特征在于：

所述磁传感器探头通过MEMS工艺制造，在硅晶上设计，并预制出6个绑定点，所述6个绑定点包括2个非晶丝焊盘和4个导体焊盘。

20.根据权利要求11-19中任一所述的磁传感器探头，其特征在于：

当所述磁传感器探头用于检测导线等金属物体时，该探头设置为中空的环形或弧形。