CN208156173U - 高精度、闭环式梯度磁阻传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高精度、闭环式梯度磁阻传感器。本实用新型包括八个磁敏电阻，每两个磁敏电阻为一对，每对中两个磁敏电阻距离被测磁源的距离相同，四对磁敏电阻与被测磁源距离均不同。距离被测磁源距离近的两对磁敏电阻能检测到被测磁源磁场，距离被测磁源距离远的两对磁敏电阻不受被测磁源磁场干扰。两对能检测到被测磁源磁场的电阻分别与一对不受被测磁源磁场干扰连成一组惠斯通电桥电路；两组惠斯通电桥电路分别接两组反馈电路。本实用新型采用两组惠斯通电桥电路和两组分别独立的反馈电路，不仅可以测量磁场梯度，还可以测量磁场强度。且灵敏度高、线性好、温度范围宽，抗外界磁场的干扰，测量精度高。

Description

高精度、闭环式梯度磁阻传感器

技术领域

本实用新型属于传感器技术领域，涉及一种高精度、闭环式梯度磁阻传感器。

背景技术

磁传感器广泛运用于现代电子系统中并用来测量电流、位置、方向等物理参数。目前测量磁场强度主要使用的器件有以下几种：霍尔效应传感器、感应线圈磁力计以及磁通门；霍尔效应传感器是根据半导体的霍尔效应设计出来的传感器，其易受到外界磁场的干扰且温漂较大；感应线圈磁力计是根据法拉第电磁感应定律工作的，但其不能探测静态或缓慢变化的磁场，低频响应差，大部分应用在邻近和距离探测；磁通门的基本原理是利用高磁导率、低矫顽力的软磁材料磁芯在激磁作用下，感应线圈出现随环境磁场而变的偶次谐波分量的电势特性，通过高性能的磁通门调理电路测量偶次谐波分量，从而测得环境磁场的大小，但电磁通体积较大，价格高且频率响应较低。

目前测量磁场梯度的传感器技术通常采用一个惠斯通电桥电路(如申请号为201210065925.5的发明专利)，将磁敏电阻放置在导线的两边，通过感受导线两边的磁场梯度，从而实现测量信号磁场目的。但是由于该技术使用的是单电桥电路，没有考虑对传感器本身的磁滞和非线性的反馈补偿，测量的精度受限。

发明内容

本实用新型的目的就是提供一种高精度、闭环式梯度磁阻传感器。

本实用新型包括八个磁敏电阻，每两个磁敏电阻为一对，每对中两个磁敏电阻距离被测磁源的距离相同，四对磁敏电阻与被测磁源距离均不同。距离被测磁源距离近的两对磁敏电阻能检测到被测磁源磁场，距离被测磁源距离远的两对磁敏电阻不受被测磁源磁场干扰。

一对能检测到被测磁源磁场的电阻分别与一对不受被测磁源磁场干扰的电阻连成一组惠斯通电桥电路，其余两对磁敏电阻连成一组惠斯通电桥电路；两组惠斯通电桥电路为全桥式惠斯通电桥电路，两组惠斯通电桥电路分别接两组反馈电路。

所述的不受被测磁源磁场干扰的两对磁敏电阻被软磁材料覆盖或摆放在被测磁源磁场外。

所述的磁敏电阻为巨磁阻电阻或者磁隧道结电阻。

所述的软磁材料为镍铁合金。

所述的两组反馈电路分别由反馈电阻和反馈线圈组成，反馈线圈设置在同一电桥电路中能检测到被测磁源磁场的磁敏电阻周围，产生平行于磁敏电阻敏感轴方向的反馈磁场，反馈磁场的方向与原磁场的方向相反。

本实用新型采用两组惠斯通电桥电路和两组分别独立的反馈电路，两组惠斯通电桥电路根据距离磁源的远近梯度放置，对信号磁场进行梯度测量，从而获得磁场信号的强度；两组反馈电路对两组电桥分别进行独立反馈，从而使测量更加精确。不仅可以测量磁场梯度，还可以测量磁场强度。且灵敏度高、线性好、温度范围宽，抗外界磁场的干扰，测量精度高。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的整体结构线路图；

图2为本实用新型实施例二的结构线路图；

图3为图一的一种反馈电路的线路图；

图4为反馈线圈与磁敏电阻的相对位置示意图；

图5为实施例一工作原理图；

图6为图一的另一种反馈电路的线路图。

具体实施方式

如图1所示,实施例一中一种高精度、闭环式梯度磁阻传感器，包括八个磁敏电阻R1～R8，每两个磁敏电阻为一对，每对中两个磁敏电阻距离被测磁源的距离相同，四对磁敏电阻与被测磁源距离均不同。距离被测磁源距离近的两对磁敏电阻能检测到被测磁源磁场；距离被测磁源距离远的两对磁敏电阻摆放在被测磁源磁场外，从而不受被测磁源磁场干扰。

两对能检测到被测磁源磁场的电阻分别与一对不受被测磁源磁场干扰的磁敏电阻连成一组惠斯通电桥电路。两组惠斯通电桥电路为全桥式惠斯通电桥电路，两组惠斯通电桥全桥电路产生两个差分输出Vout1和Vout2。两组惠斯通电桥电路分别接两组反馈电路。两组惠斯通电桥中可感受磁源信号的磁敏电阻距离磁源远近梯度放置，因而两组惠斯通电桥信号输出不同，通过对比可得到梯度磁场大小。

如图2所示，实施例二中距离被测磁源距离远的两对磁敏电阻被软磁材料覆盖，从而不受被测磁源磁场干扰。

距离被测磁源距离近的两对磁敏电阻分别与一对被软磁材料覆盖的磁敏电阻连成一组惠斯通电桥全桥电路，两组惠斯通电桥全桥电路产生两个差分输出。在同组电桥中，两个磁敏电阻平行放置，确保感受到的磁源的磁场强度相同，两个被镍铁材料覆盖的磁敏电阻平行放置，便于构成电桥电路，两组电桥电路中用来感受磁场强度的磁敏电阻按照距离磁源的远近梯度放置，确保对磁场进行梯度测量。

实施例一和实施例二的两组惠斯通电桥进行分别反馈时，反馈电路结构类似。以实施例一为例，如图3所示，为对两组惠斯通电桥电路进行分别独立反馈的结构示意图。每组惠斯通电桥得到的输出信号分别通过一级反馈放大电路，每个放大器的输出通过反馈电路的反馈线圈，形成一种分别独立反馈，两个反馈线圈中的电流在能检测到被测磁源磁场的两对磁敏电阻处产生反馈磁场，所提供的反馈磁场与磁源在该处产生的磁场大小相等、方向相反，与之相抵消；两个一级放大器的输出经过二级放大，再经过比较器，得到最终的输出Vout3。由于能检测到被测磁源磁场的两对磁敏电阻处检测到的原磁场信号大小不同的两个反馈线圈提供的反馈电流大小不同。

两组惠斯通电桥的一级反馈放大电路中放大器与反馈线圈间分别连接有反馈电阻R9、R10。

如图4所示，为反馈线圈与磁敏电阻的相对位置示意图，此处以线圈在磁敏电阻上方为例，实际使用中反馈线圈也可位于磁敏电阻下方或两边，可在磁敏电阻处产生平行于敏感轴方向的磁场。

如图5所示，工作状态下，磁源1产生的磁场2，离磁源较近的磁敏电阻感受到的磁场强度3，记为H1；离磁场强度较远的磁敏电阻感受到的磁场强度4，记为H2。由磁场强度的梯度能够知道，在离磁源较近的位置处磁场强度较强，因此可以得知H1>H2，因此当采用相同匝数的反馈线圈时，加在离磁源较近的磁敏电阻上的反馈线圈的电流要比远离磁源的磁敏电阻上的要大。

如图6所示，为对实施例2的结构施加了另一种反馈电路结构示意图，两组惠斯通电桥电路得到的输出信号分别通过一级反馈放大电路，每个放大器的输出完全反馈到反馈线圈上，R9、R10为两个反馈电阻，反馈线圈得到的输出通过放大器放大得到输出Vout。

本实用新型涉及的两个惠斯通电桥电路及两个分别独立的反馈电路，为了提高测量精度，双电桥电路中电阻放置的位置先后顺序，以及和被软磁材料所覆盖的磁敏电阻与测量电阻之间的连线都有严格的要求。反馈电路中反。反馈电路中的反馈直导线放置在所对应的电桥电路的电阻上，形成的反馈磁馈电阻的选取不会导致运放负载过重，且不会带来干扰和噪声的电阻场的方向应和原磁场的方向相反。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (5)

1.一种高精度、闭环式梯度磁阻传感器，包括八个磁敏电阻；其特征在于：所述的每两个磁敏电阻为一对，每对中两个磁敏电阻距离被测磁源的距离相同，四对磁敏电阻与被测磁源距离均不同；距离被测磁源距离近的两对磁敏电阻能检测到被测磁源磁场，距离被测磁源距离远的两对磁敏电阻不受被测磁源磁场干扰；

一对能检测到被测磁源磁场的电阻分别与一对不受被测磁源磁场干扰的电阻连成一组惠斯通电桥电路，其余两对磁敏电阻连成一组惠斯通电桥电路；两组惠斯通电桥电路为全桥式惠斯通电桥电路，两组惠斯通电桥电路分别接两组反馈电路。

2.如权利要求1所述的一种高精度、闭环式梯度磁阻传感器，其特征在于：所述的不受被测磁源磁场干扰的两对磁敏电阻被软磁材料覆盖或摆放在被测磁源磁场外。

3.如权利要求1所述的一种高精度、闭环式梯度磁阻传感器，其特征在于：所述的磁敏电阻为巨磁阻电阻或者磁隧道结电阻。

4.如权利要求2所述的一种高精度、闭环式梯度磁阻传感器，其特征在于：所述的软磁材料为镍铁合金。

5.如权利要求1所述的一种高精度、闭环式梯度磁阻传感器，其特征在于：所述的两组反馈电路分别由反馈电阻和反馈线圈组成，反馈线圈设置在同一电桥电路中能检测到被测磁源磁场的磁敏电阻周围，产生平行于磁敏电阻敏感轴方向的反馈磁场，反馈磁场的方向与原磁场的方向相反。