CN217484492U - 一种电流型输出的三轴弱磁测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电流型输出的三轴弱磁测量装置，包括外壳、以及安装于外壳内的电路板、磁敏感轴和弱磁测量单元，所述磁敏感轴设有三条，三条磁敏感轴之间两两正交设置；所述弱磁测量单元包括过压保护电路、磁阻式传感器、振荡源、驱动电路、放大电路、同步解调器、PID调节电路、电流环发送器和电流型温度测量电路。本实用新型采用磁敏式结构，同等精度下，具有驱动长线、增强信噪比、检测系统工作态、抗干扰、可靠性高、稳定型好等特点。弱磁测量单元提高了测量精度，保证了输出信号的稳定与精度要求。

Description

一种电流型输出的三轴弱磁测量装置

技术领域

本实用新型属于磁敏传感器技术领域，具体涉及一种电流型输出的三轴弱磁测量装置。

背景技术

磁场测量装置可服务于航空、航天、兵器和石油等诸多领域，应用在姿态控制、俯仰角测量、转速测量和伽马测量等系统中。

弱磁测量模块的工作原理是利用磁敏电阻通过感应磁场变化而产生阻值变化，通过惠斯通桥产生不同的小信号，经过对信号放大，解调，滤波等处理后得到与磁场强度有关的电压信号。传统电压型输出弱磁测量模块具有可靠性高、稳定型好、工作温度范围广等优点。但传统电压型输出的弱磁测量模块遇到长线传输信号时，会产生较大干扰的问题，并且引入长线后产生的浪涌极易将模块烧毁。综上，电压型输出的弱磁测量模块在长线传输时存在很大弊端。

实用新型内容

为解决现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种电流型输出的三轴弱磁测量装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：

本实用新型提供一种电流型输出的三轴弱磁测量装置，包括外壳、以及安装于外壳内的电路板、磁敏感轴和弱磁测量单元，所述磁敏感轴设有三条，三条磁敏感轴之间两两正交设置；所述弱磁测量单元包括过压保护电路、磁阻式传感器、振荡源、驱动电路、放大电路、同步解调器、PID调节电路、电流环发送器和电流型温度测量电路；

所述过压保护电路用于保护电路；

所述振荡源用于产生微波频率的正弦信号；

所述磁阻式传感器包括由四个磁敏电阻组成惠斯通电桥的磁敏式结构，所述磁敏式结构的接收端设有置位复位器，用于根据置位复位器的激励采集振荡源发出的正弦信号并处理后输出电压信号；

所述驱动电路的输入端与置位复位器的输出端电连接，所述驱动电路的输出端与电流型温度测量电路的输入端电连接，用于发出驱动信号；

所述放大电路的输入端与磁阻式传感器的输出端电连接，用于将接收到的电压信号进行放大处理；

所述同步解调器的输入端与放大电路的输出端电连接，用于将放大处理后的电压信号解调处理后发送给PID调节电路；

所述PID调节电路的输入端与偏置电阻的输出端电连接，所述PID调节电路的输出端与电流环发送器的输入端电连接，用于通过偏置电阻进行PID调节，使得弱磁测量单元在某一固定磁场下工作时处于动态平衡；

所述电流环发送器用于在±0.5guass磁场强度时稳定输出1～9mA电流；

所述电流型温度测量电路用于输出温度电流信号。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述外壳包括底座和盖板，所述底座内形成装配腔，所述盖板密封设置于底座上，所述底座的外侧四周设有4个固定孔。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述底座上还设置有无磁航空接插件J30J-15TJP，所述无磁航空接插件J30J-15TJP用于接入外接500Ω电阻，从而采样到0.5V～4.5V的电压信号。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述放大电路包括一级放大电路和二级放大电路，所述一级放大电路的输入端与磁阻式传感器的输出端电连接，所述一级放大电路的输出端与二级放大电路的输入端电连接，所述二级放大电路的输出端与同步解调器的输入端电连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述一级放大电路为精密仪表放大电路，所述二级放大电路为精密差分放大电路。

本实用新型相较于现有技术，具有以下有益效果：

(1)本实用新型采用磁敏式结构，同等精度下，具有驱动长线、增强信噪比、检测系统工作态、抗干扰、可靠性高、稳定型好等特点。可服务于航空、航天、兵器和石油等诸多领域，应用在姿态控制、俯仰角测量、转速测量和伽马测量等系统中。

(2)选用高精度磁阻式传感器，一级放大电路中采用了精密仪表放大器，二级放大电路中采用了精密差分放大器，PID控制环路采用了低功耗低失调运算放大器等，弱磁测量单元提高了测量精度，经测试，具有平均角度测量误差小于125nT。

(3)外壳上设有无磁航空接插件J30J-15TJP，用户在使用时，只需要用对应型号的航空接插件进行连接，然后在每个通道的长线终端接入一个500Ω的电阻即可采样到0.5V～4.5V的电压信号，方便用户直接使用。

(4)本实用新型的信号处理电路由过压保护电路、磁阻式传感器、振荡源、驱动电路、放大电路、同步解调器、PID调节电路、电流环发送器和电流型温度测量电路构成，保证了输出信号的稳定与精度要求。

附图说明

图1是本实用新型一种电流型输出的三轴弱磁测量装置的结构示意图；

图2是本实用新型一种电流型输出的三轴弱磁测量装置中磁敏感轴的结构示意图；

图3是本实用新型一种电流型输出的三轴弱磁测量装置的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“电连接”为电性连接，应做广义理解，例如，可以是直接电性相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

为了达到本实用新型的目的，如图1至图3所示，在本实施例提供一种电流型输出的三轴弱磁测量装置，包括外壳1、以及安装于外壳1内的电路板、磁敏感轴4和弱磁测量单元。

如图2所示，磁敏感轴4设有三条，三条磁敏感轴4之间两两正交设置。

如图3所示，弱磁测量单元包括过压保护电路、磁阻式传感器、振荡源、驱动电路、放大电路、同步解调器、PID调节电路、电流环发送器和电流型温度测量电路；过压保护电路用于保护电路；振荡源用于产生微波频率的正弦信号；磁阻式传感器包括由四个磁敏电阻组成惠斯通电桥的磁敏式结构，磁敏式结构的接收端设有置位复位器，用于根据置位复位器的激励采集振荡源发出的正弦信号并处理后输出电压信号；驱动电路的输入端与置位复位器的输出端电连接，驱动电路的输出端与电流型温度测量电路的输入端电连接，用于发出驱动信号；放大电路的输入端与磁阻式传感器的输出端电连接，用于将接收到的电压信号进行放大处理；同步解调器的输入端与放大电路的输出端电连接，用于将放大处理后的电压信号解调处理后发送给PID调节电路；PID调节电路的输入端与偏置电阻的输出端电连接，PID调节电路的输出端与电流环发送器的输入端电连接，用于通过偏置电阻进行PID调节，使得弱磁测量单元在某一固定磁场下工作时处于动态平衡；电流环发送器用于在±0.5guass磁场强度时稳定输出1～9mA电流；电流型温度测量电路用于输出温度电流信号。

具体的，外壳1包括底座和盖板，底座内形成装配腔，盖板密封设置于底座上，底座的外侧四周设有4个固定孔2。底座上还设置有无磁航空接插件J30J-15TJP 3，无磁航空接插件J30J-15TJP 3用于接入外接500Ω电阻，从而采样到0.5V～4.5V的电压信号。

具体的，放大电路包括一级放大电路和二级放大电路，一级放大电路的输入端与磁阻式传感器的输出端电连接，一级放大电路的输出端与二级放大电路的输入端电连接，二级放大电路的输出端与同步解调器的输入端电连接。其中，一级放大电路为精密仪表放大电路，二级放大电路为精密差分放大电路。

下面对本实用新型的工作原理作进一步说明：

本实用新型采用置位复位器S/R对惠斯通桥进行激励，通过偏置电阻OFFSET进行反馈以及PID调节，使得该弱磁测量单元在某一固定磁场下工作时处于动态平衡，属于稳态结构。相较于传统传感器，该模式可使得弱磁测量单元工作更加稳定，抗干扰能力更强。另外该弱磁测量单元输出级采用了精密电流环发送器，借鉴工业远距离传输模拟信号的4～20mA电流环传送方式传电流，该弱磁测量单元工作在±0.5guass磁场强度时可稳定输出1～9mA电流，相较于4～20mA输出功耗小，用户在使用时仅需在每路对地外接一个500Ω的采样电阻即可实现对信号进行采集。传统电压型输出的弱磁测量模块遇到长线传输信号时，会产生较大干扰的问题，信号损失严重，并且引入长线后产生的浪涌极易将模块烧毁，而该弱磁测量单元有效解决了这些问题。

本实用新型采用了调制解调技术和PID调节技术，使得磁阻式传感器探头一直工作在零高斯附近。以此来消除外界强磁场干扰(比如永磁铁、强电磁脉冲等)，同时减小零位时漂(dK₀/dT)和二次非线性(K₂)。为了用户进行温度建模修正、内部箝入了一个AD590温度传感器来测量传感器当地温度。可实时检测外围环境的磁场大小和模块内部温度值。

考虑到实际应用时，采集器往往距离模块较远、且有可能转接，模拟电压信号传到末端时信噪比(SNR)损失较大，从而影响测量精度。故借鉴工业远距离传输模拟信号的4～20mA电流环传送方式传电流只不过这里考虑到最大20mA时，模块的热功耗问题，改为了1～9mA。零高斯时，输出为5mA。

本实用新型在结构设计、选材、加工中沿用公司在磁测量领域丰富的工程加工和实践经验，有效的确保模块的性能和应用方面满足客户的需求。依据标准为SJ20668-1998《微电路模块总规范》相比于传统电压型磁传感器具有驱动长线、增强信噪比、系统工作态可检查、抗干扰、精度高、可靠性高、稳定型好等特点，可功能替代美国生产的HMR2300三轴磁测量模块。本实用新型可服务于航空、航天、兵器和石油等诸多领域，应用在姿态控制、俯仰角测量、转速测量和伽马测量等系统中。

最后应说明的是：以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电流型输出的三轴弱磁测量装置，其特征在于，包括外壳、以及安装于外壳内的电路板、磁敏感轴和弱磁测量单元，所述磁敏感轴设有三条，三条磁敏感轴之间两两正交设置；所述弱磁测量单元包括过压保护电路、磁阻式传感器、振荡源、驱动电路、放大电路、同步解调器、PID调节电路、电流环发送器和电流型温度测量电路；

所述过压保护电路用于保护电路；

所述振荡源用于产生微波频率的正弦信号；

所述磁阻式传感器包括由四个磁敏电阻组成惠斯通电桥的磁敏式结构，所述磁敏式结构的接收端设有置位复位器，用于根据置位复位器的激励采集振荡源发出的正弦信号并处理后输出电压信号；

所述驱动电路的输入端与置位复位器的输出端电连接，所述驱动电路的输出端与电流型温度测量电路的输入端电连接，用于发出驱动信号；

所述放大电路的输入端与磁阻式传感器的输出端电连接，用于将接收到的电压信号进行放大处理；

所述同步解调器的输入端与放大电路的输出端电连接，用于将放大处理后的电压信号解调处理后发送给PID调节电路；

所述PID调节电路的输入端与偏置电阻的输出端电连接，所述PID调节电路的输出端与电流环发送器的输入端电连接，用于通过偏置电阻进行PID调节，使得弱磁测量单元在某一固定磁场下工作时处于动态平衡；

所述电流环发送器用于在±0.5guass磁场强度时稳定输出1～9mA电流；

所述电流型温度测量电路用于输出温度电流信号。

2.根据权利要求1所述的电流型输出的三轴弱磁测量装置，其特征在于，所述外壳包括底座和盖板，所述底座内形成装配腔，所述盖板密封设置于底座上，所述底座的外侧四周设有4个固定孔。

3.根据权利要求2所述的电流型输出的三轴弱磁测量装置，其特征在于，所述底座上还设置有无磁航空接插件J30J-15TJP，所述无磁航空接插件J30J-15TJP用于接入外接500Ω电阻，从而采样到0.5V～4.5V的电压信号。

4.根据权利要求1所述的电流型输出的三轴弱磁测量装置，其特征在于，所述放大电路包括一级放大电路和二级放大电路，所述一级放大电路的输入端与磁阻式传感器的输出端电连接，所述一级放大电路的输出端与二级放大电路的输入端电连接，所述二级放大电路的输出端与同步解调器的输入端电连接。

5.根据权利要求4所述的电流型输出的三轴弱磁测量装置，其特征在于，所述一级放大电路为精密仪表放大电路，所述二级放大电路为精密差分放大电路。

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