CN2256095Y - 一种磁性传感器 - Google Patents

Abstract

一种磁性传感器，涉及磁变量的测量装置，特别是适合检测车辆、矿物等铁磁物体的磁性传感器。本实用新型的特征是：在磁芯上只绕有一个线圈，该线圈既作为激励线圈，也作为检测线圈。线圈的两端可分别接检波器的输入端，在检波器的输出端与线圈的一端之间串联一个反馈电阻。与现有技术相比，本实用新型具有结构简单，功耗低，可靠性高的特点。

Description

一种磁性传感器

一种磁性传感器，涉及磁变量的测量装置，特别是适合检测车辆，矿物等铁磁物体的磁性传感器，也可检测恒定磁场。

以往的磁传感器，在高导磁率磁芯上缠绕激励线圈和检测线圈，在激励线圈上施加交流电流，在检测线圈中产生感应电压，随着外部磁场H₀的变化，在检测线圈的输出端出现的基波或高次谐波的输出电压也不同，这种磁传感器可以利用这些偶次谐波或振幅差来检测外部磁场H₀。

图1示出的是这种磁传感器的一般结构：1-磁芯，2-激励线圈、3-检测线圈、4、-交变电源。

图2是图1所示磁传感器的另一形式，在一个外侧有沟槽的跑道型无磁骨架7上绕上高导磁率材料作成磁芯8，在其两臂绕上激励线圈2，然后把两个激励线圈串联，环绕整个无磁骨架再绕上检测线圈3，交变电源施加在激励线圈2上，检测线圈3用以接收感应信号。

在上述图1和图2所示的传感器中，激励线圈2和检测线圈3两个线圈是必要的，它存在结构复杂这一问题，功耗也比较大，且制造成本较昂贵。

特许公开平2-62987号(1990年3月)公报报导了一种结构简单的磁传感器。图3所示，它是将线圈3缠绕在具有导电性的线状或带状磁芯1上，在磁芯1上通过脉冲电流或交流电流，从在线圈3上产生的电信号大小、极性来判断外部磁场H₀及方位，这种传感器重量轻，价格低，结构简单，但功耗仍然偏大，因为磁芯上要流过的峰值电流为120mA，这样平均功耗也不低；另外在磁芯与交流电源连接处，要经过高温焊接，容易造成磁芯导磁率降低和局部受应力影响。众所周知，一般情况下，磁性材料的磁特性在加了应力后是要发生变化的。

总之，现有磁传感器存在结构复杂，功耗较大的问题，平2-62987公报中的方案，使结构大大简化，但功耗问题仍未解决，而又带来磁芯受力不均的新问题。

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足之处，而提供一种超小型，微功耗，灵敏度高，结构简单的电感磁场传感器。它是由非晶态合金片状或线状磁芯外绕线圈组成，在磁芯上只绕一个线圈，并且匝数较多，达到12000匝，电感较大，在这个线圈上用脉冲(或其他固定波形)的电压源激励，并把磁芯磁化到饱和状态。该线圈同时又作为检测线圈，由于线圈的电阻R比线圈感抗X＝JωL小得多，所以激励电压几乎全部降落在磁芯线圈的电感上，于是可以通过测量激励回路磁场振幅差值来测量被测外部磁场H₀。这种传感器结构十分简单，而且灵敏度高。

本实用新型的传感器中，激励线圈中的激励磁场H＝0.4πNI/L(I为线圈激励电流，L为螺管线圈的长度，N为线圈的匝数)，所以激励回路通过增加线圈匝数N，降低激励电流I，可达到同样效果，从而降低了传感器的功耗，这种传感器的功耗小于1.2mW。

在本实用新型磁传感器中，采用了脉冲波对线圈进行激励，由于有不产生电压的间歇期，所以，这种激励电路比起连续波的情况耗电更低。若减小脉冲波的占空比，缩短激励时期，则可实现微功耗的传感器。占空比为1/7时，传感器的激励功耗小于1mw。下面结合附图对本实用新型发明目的的实现做进一步详细说明：

图4是本实用新型电感磁场传感器测量外部磁场H₀的强度和极性时一种构成图。

图4中1是高导磁率的非晶态磁芯，4是交变激励电源，9是磁芯1上缠绕的激励线圈(也是检测线圈)，10是阻抗。

通过交变电源4，经过阻抗10，对线圈9施加频率为500Hz-7kHz驱动脉冲电压，在驱动电源和线圈的激励回路中产生交流磁场，通过电磁感应作用，产生感应电压，在线圈9的两端5、6上产生一个与外部磁场H₀的磁芯1同方向的分量H₁＝H₀cosθ相对应的电压(振幅差值)。阻抗10起调节(压)作用，在测量精度要求不太高的情况下，阻抗10可以为零。(即短接起来)

本实用新型的传感器灵敏度＞40μV/nT，测量磁场范围为0-75000nT。

图5所示的是本实用新型产品的剖面示意图，其中1-非晶态磁芯，9-线圈，11-无磁骨架，12-黄漆绸。图5所示的电感磁场传感器是由陶瓷或塑料等材料构成的无磁骨架中设有一根非晶态磁芯1，在无磁骨架上绕有一个漆包线线圈9，在线圈9外面覆盖有黄漆绸或其它保护材料，5、6是线圈输入输出端。

磁芯1使用的是导磁率μ₀＝15000，饱和磁通密度Bs＝7500Gs，断面积为0.063mm²的非晶态合金材料，非晶态磁芯1的长度为10mm～60mm。

上述实例中，磁芯1采用的是非晶态合金材料，也可以是坡莫合金等磁性材料的丝或片构成，可以是几根合金材料拥在一起构成磁芯。

在无磁骨架11与磁芯1之间通常填充有软质树脂。

为了提高测量精度，通常采用补偿测量法，补偿电流可以接至磁芯上的另一线圈称为补偿线圈，也可以直接接入激励线圈以减小体积。如图6所示，把传感器磁头两端电压U₅₆经检波放大器13，通过反馈电阻14的输出电流再接到传感器的激励线圈9，构成反馈补偿回路，激励线圈9同时也作为补偿线圈。它产生与外部磁场H₀方向相反的补偿磁场，使真正作用在传感器磁头上的磁场接近零。采用这种负反馈闭环技术后，扩大了测量范围，提高了测量精度，也增加了系统的稳定性。

图6所示中，13为检波放大器，也可采用采集系统直接采样感应电压波形的峰值后，进行信号处理。14为反馈电阻，范围可调，阻值为0.5kΩ-60kΩ。15为传感器电压输出端。

上述电感磁场传感器，除单个使用外，一般是将2个或3个传感器正交组装，测量各个传感器上线圈的输出电压的极性和输出电压的峰值。2个传感器组装后就可以检测方位构成方位传感器，3个传感器组装后构成直角坐标系可测量全磁场。

本实用新型电感磁场传感器，经试验表明传感器的灵敏度＞40μV/nT，分辨能力达0.5nT。探测行进中吉普车距离大于35m，公共汽车大于45m，带自动步枪的人大于4m，还可广泛用于探矿等方面。与现有技术相比，本实用新型传感器结构简单，体积很小，便于安装或携带；工作电流仅有0.3mA，功耗低，可以用一节8Ah的锂电池工作26000小时，且可靠性高，成本低，是一种特性优良的磁场传感器。

Claims (2)

1、一种磁性传感器，其构成包括磁芯、交变励磁电源、漆包线线圈，其特征是：在磁芯上绕有一个线圈9，交变电源4与阻抗10串联后与线圈9的输出端5、6并联。

2、根据权利要求1所述的磁性传感器，其特征是：线圈9的两端5、6分别与检波放大器的输入端相连，在检波放大器的输出端与线圈的一端之间串联一个反馈电阻，构成反馈补偿电路。

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