一种磁通门传感器的相敏整流电路设计
基于磁通门传感器铁矿检测电路设计
基于磁通门传感器铁矿检测电路设计引言随着社会的发展，工业化进程不断加快，铁矿作为重要的矿产资源，被广泛开采和应用。
而在铁矿矿山日常的生产中，为了保证采矿作业的安全与高效，需要对铁矿进行检测，以确保铁矿的质量与产量。
传统的铁矿检测方法往往需要依赖人力进行采集与检测，工作效率低下且易受环境因素影响。
因此，本文将介绍一种基于磁通门传感器的铁矿检测电路设计，在铁矿检测方面具有较高的自动化和精准度。
传感器原理磁通门传感器，也叫磁敏门传感器，是一种磁敏元件，其基本原理是利用磁场对材料磁导率的变化敏感的特性，通过测量门内自由磁场在传感器绕组上感应的瞬时电动势，来探测在其内部磁场的变化。
其主要由磁芯、线圈、电容和变压器等组成。
具体而言，当磁场发生变化，磁通进出磁芯会产生一定的涡流，这会使得磁芯中的铁磁材料饱和程度变化，从而使磁芯中的磁阻发生变化。
当磁敏门传感器处于静态时，其输出电压Uo等于零，此时其内部电路呈现开路状态；而当磁场发生变化时，磁芯中的磁阻也会发生变化，从而产生感应电动势，此时其输出电压Uo也会变化，电路呈现闭合状态。
通过采用滤波电路和运算放大器等电子元件来对其输出电压进行处理和放大，从而实现对磁场变化的检测。
电路设计为了实现基于磁通门传感器的铁矿检测电路，我们需要设计一个能够稳定供电、具有较高采样精度和能够自动采集和处理数据的电路。
具体而言，其主要包括以下几个方面：1. 供电和信号采集铁矿是处于自然界中的物质，其磁场往往在微弱的范围内变化，因此，在进行信号采集时需要使用高精度的放大器和滤波器来消除噪声干扰。
为了提高传感器的灵敏度和信号稳定性，我们可以采用恒流源方式进行供电。
具体而言，在本电路设计中，我们采用了以运放、震荡电路和滤波电路等组成的前置电路，来保证信号采集的稳定性和精度。
2. 转化和处理在进行信号采集后，需要对信号进行转化和处理，以得到对铁矿磁场变化的精确检测数据。
在本电路设计中，我们采用了运算放大器和微处理器等电子元件来对信号进行转化和处理。
磁通门传感器的设计（可编辑）
磁通门传感器的设计摘要三分量磁通门地磁场检测装置是应用磁通门传感器对地磁场进行测量的矢量检测装置。
与其它类型测磁仪器相比,磁通门传感器具有分辨率高,测量弱磁场范围宽,体积小、重量轻、功耗低,经济性好,能够直接测量磁场的失量和适于在高速运动系统中使用等特点,被广泛应用于各种领域。
本文分析了磁通门传感器的工作原理,详细论述了如何采用数字检波的方法进行信号处理.本文还介绍了三分量地磁场检测装置硬件电路的设计和单片机程序。
检测装置主要由三分量磁通门传感器、单片机最小系统、A/D数据采集电路和串口电路构成。
三分量磁通门传感器检测到磁场的矢量大小,输出信号经过有源滤波器和放大器处理后得到三路幅度与磁场各分量大小成正比的正弦信号。
A/D同时对三路信号进行4倍频采样,将两个周期的采样数据传送到单片机,然后单片机通过串行端口将数据发送到计算机,最后由计算机完成数据的处理和分析。
关键词三分量地磁场数字检波数据采集串行端口The Design of Geomagnetic Field Detection Device Based on Three-component Fluxgate SensorsAbstratThe three-component fluxgate geoamagnetic field detection device is a kind of vector detection device which can measure the geoamagnetic field directlypared with other instruments which can measure geomagnetic field,the fluxgate sensor has the virtue of small size,light weight, low power consumption and good economy,is used widely in different fields.This paper introduces the working principle of the fluxgate sensor and the digital demodulation method in detail. The design of hardware circuit of the three-component fluxgate geomagnetic field detection device and progamming of MCU are also introduced in this paper. The detection device consists of three-component fluxgate sensors, MCU system, A/D data acquisition circuit and com port communication circuit. The magnetic vector is detected by the three-component fluxgate sensors,signals output from the senors are processed by active filters and amplifiers.Then there are three sinusoidal signals,whose amplitude are proportional to the magnitude of geomagnetic field component. The A/D convertor produces 4 points sampling signals, and transmits data of two cycles to CPU, then CPU send the data to computer via the com port. Finally,the data is processed and analyzed by computer.Keywordsthree componentsgeomagnetic fieldDigital demodulation Data AcquisitionCom Port目录摘要 1Abstrat 21 绪论 11.1 研究三分量磁通门地磁场检测装置的目的和意义 1 1.2 各种测磁仪器 21.3 磁通门测磁仪器的研究现状 52 检测装置的工作原理 62.1 磁通门传感器的工作原理62.2 检测装置的工作原理 82.3 地磁检测装置的主要功能123 三分量磁通门地磁场检测装置的硬件电路设计123.1 前置检测电路的设计 123.1.1 分频电路和信号转换电路的设计: 133.1.2 驱动电路的设计: 133.1.3 选频放大电路的设计: 143.2 16位A/D转换器4倍频采样的硬件设计163.2.1 根据A/D采集电路的设计要求选择合适的A/D: 16 3.2.2 A/D采集电路的设计: 173.3 内部电源的设计184 三分量磁通门地磁场检测装置的的软件设计194.1STC89C54RD+单片机介绍194.2 A/D的软件控制204.3 程序流程图214.4 示例程序214.5 串口发送的硬件设计235 测试结果及分析245.1 分频器电路测试245.2 功率驱动电路的测试 255.3 信号转换电路测试255.4 带通滤波器的测试266 对三分量测量的通道差异进行校正的方案设计286.1 方案1:通过硬件电路的调试进行校正286.2 方案2:通过软件编程对测量结果进行校正29总结30参考文献及参考资料31致谢33英文翻译34英文翻译原文371 绪论1.1 研究三分量磁通门地磁场检测装置的目的和意义在介绍三分量磁通门地磁场检测装置之前,首先介绍一下它的研究目的和意义。
小型民用数字化三轴磁通门传感器电路设计
小型民用数字化三轴磁通门传感器电路设计小型民用数字化三轴磁通门传感器电路设计一、引言随着科技的不断发展，数字化传感器已成为现代电子产品不可或缺的组成部分。
数字化三轴磁通门传感器作为一种常见的传感器之一，其在航天航空、汽车导航、智能手机等领域有着广泛的应用前景。
本文将详细阐述小型民用数字化三轴磁通门传感器电路的设计原理及其各个模块的功能。
二、电路设计原理数字化三轴磁通门传感器主要用于检测磁场在三轴上的变化，并将这些变化数字化传输到目标设备。
其电路设计主要包括磁场检测模块、模数转换模块和数字信号处理模块三部分。
1. 磁场检测模块磁场检测模块是数字化三轴磁通门传感器的核心部分，其功能是感知周围环境的磁场强度，并将得到的模拟信号传递给模数转换模块。
在设计磁场检测模块时，需要选择合适的磁通门传感器芯片，并与其连接适当的电容电阻网络，以确保所感知的磁场信号的精确度和稳定性。
2. 模数转换模块磁场检测模块输出的模拟信号需要经过模数转换模块进行数字化处理。
模数转换模块通常采用高精度的模数转换芯片，将模拟信号转换为数字信号，并通过串行或并行接口传输给数字信号处理模块。
在模数转换模块设计时，需要考虑电路的采样频率、分辨率以及噪声抑制等关键参数。
3. 数字信号处理模块数字信号处理模块是数字化三轴磁通门传感器电路的最后一步，其功能是对模数转换模块输出的数字信号进行滤波、放大和校准等处理。
根据具体的应用需求，数字信号处理模块可以采用多种算法，如快速傅里叶变换（FFT）、卡尔曼滤波器等，以提高传感器的精度和稳定性。
三、电路设计方案针对小型民用数字化三轴磁通门传感器的电路设计，可以选择成本低、功耗低、体积小的器件，以满足民用领域对传感器的需求。
1. 磁场检测模块方案在磁场检测模块中，可以选择采用高感度、低功耗的磁通门传感器芯片。
通过合理布局电容电阻网络，增强对磁场强度的感知能力，并使用低噪声线性稳压器，提高检测信号的稳定性。
磁通门传感器原理
磁通门传感器原理磁通门传感器是一种常用的非接触式传感器，它利用磁场的变化来检测物体的位置和运动。
在工业自动化、汽车电子、智能家居等领域都有广泛的应用。
下面将介绍磁通门传感器的原理及其工作方式。
磁通门传感器是一种基于磁敏效应的传感器，它的工作原理是利用磁场对磁通门的敏感特性。
当外部磁场的强度发生变化时，磁通门的导通状态也会发生改变。
磁通门传感器通常由磁敏元件、信号处理电路和输出电路组成。
磁通门传感器的磁敏元件通常采用霍尔元件或磁阻元件。
当外部磁场作用于磁敏元件时，会引起元件内部的电阻、电压或电流发生变化，从而实现对磁场的检测。
信号处理电路会对磁敏元件输出的信号进行放大、滤波和处理，以确保传感器的稳定性和可靠性。
输出电路则将处理后的信号转换为数字信号或模拟信号输出，以供外部系统使用。
磁通门传感器的工作方式通常分为开关型和线性型两种。
开关型磁通门传感器通常用于检测物体的位置和运动状态，当检测到磁场时输出高电平，否则输出低电平。
线性型磁通门传感器则可以实现对磁场强度的精确测量，输出与磁场强度成线性关系的信号。
磁通门传感器具有灵敏度高、响应速度快、寿命长、抗干扰能力强等优点，因此在工业自动化领域得到了广泛的应用。
例如，在机械设备上可以用于检测转子的位置和转速，实现精确的控制和监测；在汽车电子领域可以用于检测车辆的速度和位置，实现智能化的驾驶辅助系统；在智能家居领域可以用于检测家具的开关状态，实现智能化的家居控制。
总之，磁通门传感器作为一种重要的非接触式传感器，在现代工业和生活中发挥着重要作用。
通过对其原理和工作方式的深入了解，可以更好地应用和优化磁通门传感器，推动传感技术的发展和创新。
磁通门电流传感器工作原理图文详解
磁通门电流传感器工作原理图文详解
磁通门电流传感器是一种是以磁通门技术为基本原理，加上闭环控制在电子电路中的应用，磁通门传感器具有分辨力高、测量弱磁场范围宽、可靠、能够直接测量磁场的分量和适于在速运动系统中使用等特点。
下面本文就对磁通门电流传感器的工作原理及构成等进行详细介绍。
磁通门电流传感器工作原理磁通门传感器的工作原理是基于铁芯材料的非线性磁化特性，其敏感元件为高磁导率、易饱和材料制成的铁芯，有两个绕组围绕该铁芯：一个是激励线圈，另一个是信号线圈。
在交变激励信号fl的磁化作用下，铁芯的导磁特性发生周期性饱和与非饱和的变化，从而使围绕在铁芯上的感应线圈感应出反应外界磁场的信号。
因为磁通门传感器是利用被测磁场中高导磁率磁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的。
这种物理现象对被测环境磁场来说好像是一道门，通过这道门，相应的磁通量即被调制，并产生感应电动势。
利用这种现象来测量电流所产生的磁场，从而间接的达到测量电流的目的。
磁通门电流传感器原理图
二、磁通门电流传感器的构成下图是磁通门电流传感器的系统构成
磁通门电流传感器系统构成框图
电流传感器的系统框图所示。
电流所产生的的磁场在磁通门探头内经激励信号调制后，通过峰值检波和积分滤波电路产生有用的电压信号，然后经过反馈，使电流传感器工作在零磁通状态。
图1：磁通门绕组结构图。
一种磁通门传感器反馈电路[发明专利]
![一种磁通门传感器反馈电路[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/32a4dd450029bd64793e2c58.png)
专利名称：一种磁通门传感器反馈电路专利类型：发明专利
发明人：刘诗斌,段红亮,苟凯凯,陈健,张琦申请号：CN201510284048.4
申请日：20150518
公开号：CN105044629A
公开日：
20151111
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种磁通门传感器反馈电路。
包括：1、双铁芯磁通门传感器；2、谐振电容C；3、隔直电容C；4、模数转换器；5、逻辑处理电路；6、数模转换器；7、积分滤波电路；8、反馈电流的取样电阻。
磁通门传感器输出的环境电压信号经过谐振电容C和隔直电容C送入模数转换器进行数据转换，转换后的数据送入逻辑处理电路进行取反或不变，进行逻辑处理后的数据送入数模转换器，数模转器输出一个电压信号，经过积分滤波通过采样电阻施加到磁通门传感器的输出端。
本反馈电路能够提高磁通门传感器的稳定性也能提高系统的反应速度。
申请人：西北工业大学
地址：710072 陕西省西安市友谊西路127号
国籍：CN
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磁敏传感器电路设计与信号处理方法
磁敏传感器电路设计与信号处理方法磁敏传感器是一种广泛应用于工业自动化、电子设备和汽车工业等领域的重要传感器之一。
它通过感知磁场的变化来测量磁场的强度、方向和位置等信息。
在磁敏传感器的应用过程中，电路设计和信号处理方法起着至关重要的作用。
本文将重点探讨磁敏传感器电路设计和信号处理方法的相关内容。
一、磁敏传感器电路设计1. 传感器的电源电压：对于磁敏传感器而言，稳定的电源电压对于保证传感器的正常工作至关重要。
在进行电路设计的过程中，需要确保传感器所需的电源电压范围内能够提供稳定可靠的电源。
同时，还需要注意电源的电流噪声和纹波等因素对于传感器输出信号的干扰。
2. 放大电路设计：传感器输出的信号往往较微弱，需要进行放大才能满足后续处理电路的要求。
在选择放大电路时，应根据传感器的输出特性和所需的测量精度来确定放大倍数。
同时，需要注意放大器的输入电阻、带宽和噪声等参数，以保证放大器对于传感器信号的准确放大。
3. 滤波电路设计：传感器输出的信号中常常含有杂散噪声等非期望信号。
为了提取出所需的信号并滤除噪声，需要设计合适的滤波电路。
常用的滤波电路有低通滤波、高通滤波和带通滤波等。
选择合适的滤波器类型和滤波器参数，可以有效增强传感器信号的质量。
4. 温度补偿电路设计：磁敏传感器对环境温度的变化非常敏感，温度的变化会导致传感器输出的信号产生偏差。
为了提高磁敏传感器的测量精度，需要设计合适的温度补偿电路。
温度补偿电路可以根据传感器的温度特性，对传感器输出信号进行修正，使得信号的偏差最小化。
二、磁敏传感器信号处理方法1. 校准方法：为了保证磁敏传感器输出的信号准确可靠，需要进行校准。
传感器的校准可以分为零点校准和增益校准两种。
零点校准用于校正传感器输出信号中的零点偏移，增益校准用于校正传感器输出信号的放大倍数。
校准过程需要使用专用的校准设备和标准信号源，根据传感器的特性曲线进行标定。
2. 数据处理方法：磁敏传感器的输出信号一般为模拟信号，为了进行后续的数字化处理，需要将模拟信号转换为数字信号。
基于磁通门和磁阻传感器的混合宽带磁传感器的研究与设计
㊀２０２１年㊀第４期仪表技术与传感器Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｓｅｎｓｏｒ２０２１㊀Ｎｏ．４㊀收稿日期：２０２０－０４－２７基于磁通门和磁阻传感器的混合宽带磁传感器的研究与设计许朋博，王鲜然，欧阳君，杨晓非（华中科技大学光学与电子信息学院，湖北武汉㊀４３００７０）㊀㊀摘要：在地磁探测领域，被测磁信号幅值范围和频率范围都较宽，文中利用磁通门传感器低频段噪声密度低，ＴＭＲ传感器工作频率高㊁高频段噪声密度低的特点，根据互补滤波的数据融合方法，对磁通门和ＴＭＲ分别进行低通和高通滤波，并在ＦＰＧＡ平台上通过数字滤波和比较判断的数据融合方式，将２种传感器的输出在频带上进行 拼接 ，实现了两种磁传感器的数据融合㊂经测试混合磁传感器的频带拓展至１０ｋＨｚ，灵敏度为０．１１３ｍＶ／ｎＴ，测量范围ʃ０．８Ｇｓ，峰峰值噪声０．５ｎＴ㊂关键词：磁通门；ＴＭＲ；混合传感器；宽频带；数据融合中图分类号：ＴＰ２１２．６㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００２－１８４１（２０２１）０４－００１４－０６ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｓｉｇｎｏｆＨｙｂｒｉｄＭａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒＢａｓｅｄｏｎＦｌｕｘｇａｔｅａｎｄＴＭＲＸＵＰｅｎｇ⁃ｂｏ，ＷＡＮＧＸｉａｎ⁃ｒａｎ，ＯＵＹＡＮＧＪｕｎ，ＹＡＮＧＸｉａｏ⁃ｆｅｉ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＯｐｔｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｇｅｏｍａｇｎｅｔｉｃｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅａｍｐｌｉｔｕｄｅａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｍａｇｎｅｔｉｃｓｉｇｎａｌａｒｅｗｉｄｅ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｆｌｕｘｇａｔｅｓｅｎｓｏｒｓｈａｖｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｌｏｗｎｏｉｓｅｄｅｎｓｉｔｙａｔｌｏｗｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ＴＭＲｓｅｎｓｏｒｓｈａｖｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｈｉｇｈｗｏｒｋｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｌｏｗｎｏｉｓｅｄｅｎｓｉｔｙａｔｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｄａｔａｆｕｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｆｉｌｔｅｒｉｎｇ，ｔｈｅｆｌｕｘｇａｔｅａｎｄＴＭＲａｒｅｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｆｉｌｔｅｒｅｄｂｙｌｏｗｐａｓｓａｎｄｈｉｇｈｐａｓｓ，ｔｈｒｏｕｇｈｄｉｇｉｔａｌｆｉｌｔｅｒｉｎｇａｎｄｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｄａｔａｆｕｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｎＦＰＧＡｐｌａｔｆｏｒｍ，ｔｈｅｏｕｔｐｕｔｏｆｔｈｅｔｗｏｓｅｎｓｏｒｓｉｓ ｓｐｌｉｃｅｄ ｉｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｂａｎｄｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｄａｔａｆｕｓｉｏｎｏｆｔｗｏｍａｇｎｅｔ⁃ｉｃｓｅｎｓｏｒｓ．Ａｆｔｅｒｔｅｓｔｉｎｇ，ｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｂａｎｄｏｆｔｈｅｈｙｂｒｉｄｍａｇｎｅｔｉｃｓｅｎｓｏｒｉｓｅｘｔｅｎｄｅｄｔｏ１０ｋＨｚ，ｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｉｓ０．１１３ｍＶ／ｎＴ，ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒａｎｇｅｉｓʃ０．８Ｇｓ，ａｎｄｔｈｅｐｅａｋ⁃ｔｏ⁃ｐｅａｋｎｏｉｓｅｉｓ０．５ｎＴ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｌｕｘｇａｔｅ；ＴＭＲ；ｈｙｂｒｉｄｓｅｎｓｏｒ；ｂｒｏａｄｂａｎｄ；ｄａｔａｆｕｓｉｏｎ０㊀引言频域电磁法是实现大地电磁探测的重要手段和方法㊂这种方法在铁路隧道勘查㊁工程地质问题勘查㊁浅层岩溶勘查㊁地下水勘查㊁煤田水文地质勘查㊁稀有矿床勘查㊁矿山采空区探测㊁深部矿产勘查㊁金属探伤㊁海缆定位㊁探潜㊁海底打捞等多领域有广泛应用［１－５］，并取得了很好的效果㊂一般而言，频域电磁法中被测磁场频率范围从ｍＨｚ量级到ｋＨｚ量级不等，被测磁信号幅值范围从ｐＴ量级到μＴ量级不等，跨越的动态范围和频率范围非常广［６－７］㊂对于磁传感器而言，通常动态范围和频响范围有限，不同的磁传感器适用于不同应用场景㊂例如：常用的光泵磁力仪㊁质子磁力仪只能测量准直流或低频磁场㊂磁通门传感器低频噪声较小，但响应频率一般在１ｋＨｚ以内㊂磁阻传感器频响范围宽，最高可到ＭＨｚ量级，但低频噪声较大㊂本文根据磁通门传感器和磁阻传感器各自的特点，提出一种拓宽传感器工作频率范围的方法㊂文章通过分析数据融合算法，并在ＦＰＧＡ平台上通过数字信号处理加数据融合的方式设计实现了一种低噪声宽频带的混合磁传感器㊂通过制作混合宽带磁传感器样机，并搭建磁传感器测试平台，验证了设计方法的可行性，最后评估了混合宽带传感器的性能㊂１㊀混合磁传感器的基本原理分析１．１㊀多传感器数据融合随着科学技术的发展，多传感器信息数据融合技术逐渐成为传感器探测和信息处理领域的重要组成部分［８－９］㊂多传感器数据融合测量系统一般主要由传感器（２个及以上），数据预处理，特征提取，融合计算和结果输出等部分构成，其系统构成如图１所示㊂信号预处理用于信号传输前对信号进行调理，包括放大㊁滤波等，Ａ／Ｄ转换器用于将传感器的模拟信号转㊀㊀㊀㊀㊀第４期许朋博等：基于磁通门和磁阻传感器的混合宽带磁传感器的研究与设计１５㊀㊀换为数字信号，特征提取用于对数据进行预处理，融合中心一般为计算机或者微处理器㊂图１㊀多传感器数据融合过程１．２㊀互补滤波数据融合在多旋翼飞行器的控制中，常常需要控制器实时采集陀螺仪和加速度计的数据，并在微处理器上进行数字滤波和姿态解算㊂陀螺仪动态性能好，工作频率高，但存在严重的低频噪声㊂加速度计对加速敏感，存在低频噪声小，而高频噪声大的问题㊂在实际应用中，根据加速度计和陀螺仪这两种传感器在噪声频带上的互补特性，常使用融合算法将２种传感器数据融合在一起，降低了低频和高频噪声对飞行器姿态测量的影响［１０－１１］㊂针对上述陀螺仪和加速计来讲，当多个传感器针对同一待测信号（角度）互相独立测量时，且噪声互不影响的情况下，互补滤波器提供了一种行之有效的数据融合方式㊂当有２个测量值ｙ１＝ｘ＋ｎ１ｙ２＝ｘ＋ｎ２式中：ｎ１为高频噪声；ｎ２为低频噪声㊂假如现有２个互补的传递函数：Ｆ１（ｓ）＋Ｆ２（ｓ）＝１式中：Ｆ１（ｓ）为低通滤波器；Ｆ２（ｓ）为高通滤波器㊂则系统状态输出ｘ的估计传递函数为Ｘᶄ（ｓ）＝Ｆ１（ｓ）Ｙ１＋Ｆ２（ｓ）Ｙ２＝Ｘ（ｓ）＋Ｆ１（ｓ）ｎ１（ｓ）＋Ｆ２（ｓ）ｎ２（ｓ）（１）通过式（１）可以看出信号Ｘ（ｓ）不受滤波器的影响，完全通过㊂但是对于噪声ｎ１（ｓ）却只有低频部分可以通过，而对于噪声ｎ２（ｓ）只有高频部分可以通过，因为信号Ｘ（ｓ）不受滤波器的影响，所以这样的滤波器也称为无损滤波器㊂互补滤波器常用于融合一阶动态系统的低带宽的位置数据和高带宽的速度数据㊂１．３㊀混合磁传感器的数据融合方案分析由于穿隧磁阻效应（ＴＭＲ）传感器较其他磁阻传感器优越的性能，文中用到的磁阻传感器以ＴＭＲ为例㊂磁通门具有低频噪声小㊁频响范围小的特点，而ＴＭＲ具有低频噪声大㊁高频噪声小，频响范围大的特点，磁通门和ＴＭＲ在整个测量频带内两传感器的噪声和工作频带也具有互补的特点㊂图２为磁通门和ＴＭＲ混合传感器的噪声谱分析示意图，图２（ａ）是磁通门传感器的噪声谱，磁通门的低频噪声相对ＴＭＲ而言较小，但磁通门的工作频率低㊂图２（ｃ）是ＴＭＲ传感器的噪声谱，其噪声主要集中在低频段且比磁通门噪声大，在高频段噪声比磁通门小㊂如果对磁通门传感器和ＴＭＲ传感器的输出分别加上低通滤波器和高通滤波器，就分别得到图２（ｂ）和图２（ｄ）对应的噪声分布图，可见磁通门的输出噪声进一步减小，滤除了高频噪声，而ＴＭＲ的低频噪声被滤除㊂如果将经过滤波后的磁通门传感器和ＴＭＲ传感器的输出信号在频带上进行 拼接 ，即数据融合，就可以得到如图２（ｅ）中所示两传感器数据融合后的噪声谱曲线，可以看出融合后的输出噪声具备磁通门在低频处噪声低的特点，ＴＭＲ在高频处噪声低的特点，达到了两传感器的性能上扬长避短的效果㊂图２㊀磁通门和ＴＭＲ数据融合的噪声分析目前对于数据融合的处理的方式通常是先将传感器的输出信号进行模数转换，然后通过计算机进行数据处理㊂由于待测磁场信号频率范围较宽，为保证混合磁传感器对待测信号的实时处理以及输出有较好的噪声性能，本文在互补滤波数据融合算法的基础上提出了一种行之有效的数据融合方式，其算法原理如图３所示㊂图３中ＧＣ为磁通门传感器的输出增益，ＧＴ为ＴＭＲ传感器的输出增益，ｆｐ１为磁通门传感器经过低通滤波器后的通带截至频率，通带范围０ ｆｐ１，ｆｐ２为ＴＭＲ传感器的经过高通滤波后的通带截至频率，通带范围ｆｐ１ ｆｎ，ＶＣ为磁通门输出电压，ＶＴ为ＴＭＲ输出电压，ＶＯ为融合后混合传感器的输出电压㊂如图３（ｃ）所示，现假设磁通门的通带截至频率ｆｐ１大于ＴＭＲ的通带截至频率ｆｐ２，即ｆｐ２＜ｆｐ１，且两传感器信号无相位差，则在整个频带ｆ上磁通门通频带和ＴＭＲ通频带将会出现重叠的部分，即区间（ｆｐ２，ｆｐ１）㊂㊀㊀㊀㊀㊀１６㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＡｐｒ．２０２１㊀将其频带按照截至频率分为ａ，ｂ，ｃ三段㊂在ａ段，由于低通滤波器和高通滤波器作用，使得磁通门的输出ＶＣ明显高于ＴＭＲ的输出ＶＴ，且此段磁通门的噪声较低，则可以直接将磁通门的输出ＶＣ作为混合传感器系统输出㊂在ｂ段，取ＶＣ和ＶＴ差的绝对值，如果绝对值小于等于残差ｒ１，则可以认为ＶＣʈＶＴ，为了减小引入的噪声，且简化运算，则使ＶＯ＝（ＶＣ＋ＶＴ）／２㊂在ｃ段，由于磁通门的频带限制，磁通门的输出ＶＣ将小于ＴＭＲ的输出ＶＴ，则可以直接将ＴＭＲ的输出作为混合传感器系统的输出㊂这样就可以将磁通门和ＴＭＲ的输出在频带 拼接 起来，使得混合传感器系统有一个较宽的工作频带㊂如图３（ｅ）所示，混合后的传感器的工作频率范围上限仅取决于ＴＭＲ的最高工作频率㊂为了减小融合的误差，采用高精度ＡＤＣ，经过多次实验和数据分析，可以找到一个较为合适的残差，拓宽频带的同时，满足不同场合的系统测量要求㊂图３㊀数据融合算法分析２㊀混合磁传感器的设计实现上一小节分析了磁通门和ＴＭＲ的融合原理，但其原理分析是简化的分析方法，忽略了一些条件限制，经过仿真实验分析，数据融合前还存在以下问题：（１）磁通门和ＴＭＲ输出的信号本身都是模拟信号，对噪声敏感，且同一磁场输出电压大小不同㊂（２）由于磁通门传感器内部有多处惯性环节，使得输出相对于输入有延时，进而使得磁通门和ＴＭＲ在测量同一磁场时输出存在相位差㊂（３）在信号的采集㊁转换㊁输出时都会引入一定量的噪声㊂２．１㊀硬件系统结构考虑到以上问题，为保证融合方法的可行性，分析设计了混合磁传感器的硬件电路，其硬件系统电路框图如图４所示㊂图４㊀混合传感器的系统框图磁传感器主要由磁通门和ＴＭＲ组成，放大电路用于调理传感器输出信号㊂低通滤波器用于滤除磁通门的高频噪声，高通滤波器用于滤除ＴＭＲ的低频噪声，全通滤波器用于调整两信号相位差㊂ＡＤＣ电路包括ＡＤＣ转换器㊁信号衰减电路㊁抗混叠滤波器等㊂数据处理电路主要由ＦＰＧＡ系统构成，用于数字滤波，数据融合和电路控制㊂ＤＡＣ和重构滤波器电路用于模拟输出，还原待测磁场信号，ＵＡＲＴ－ＵＳＢ电路用于和其他设备进行数字通信㊂２．２㊀软件系统结构混合传感器的数据融合在ＦＰＧＡ系统内部完成，采用Ｖｅｒｉｌｏｇ语言对算法进行编程，经过编译下载可以在ＦＰＧＡ内部映射成实际的电路结构，ＦＰＧＡ强大的数据并行处理能力，保证了系统的实时性㊂在ＦＰＧＡ系统中，算法和控制部分由图５所示的模块组成㊂图５㊀ＦＰＧＡ算法与控制模块组成框图ＡＤＣ驱动用于控制ＡＤＣ对来自磁通门和ＴＭＲ的模拟信号进行同步采样，ＤＡＣ驱动用于控制ＤＡＣ进行数模转换㊂前级ＦＩＦＯ用于隔离ＦＰＧＡ内部前后级时钟并缓存ＡＤＣ送来的数据，后级ＦＩＦＯ用于缓存融合后的数据㊂滑动平均滤波用于对数据进行预处理，初步滤除数据噪声㊂在数据融合中绝对值电路用于对双极性信号进行求绝对值运算，后级滑动平均滤波模块用于深度平滑数据波形，为数据融合中的判断提供依据，融合与决策用于数据进行控制和输出㊂ＦＩＲ滤波器用于对融合后的数据进行多级滤波，进一步降低系统输出噪声㊂ＵＡＲＴ逻辑用于对融合后的数据进行收发控制，保证与其他设备的正常通信㊂㊀㊀㊀㊀㊀第４期许朋博等：基于磁通门和磁阻传感器的混合宽带磁传感器的研究与设计１７㊀㊀３㊀系统测试分析根据以上分析，设计并制作了混合传感器的样机，其中图６为磁通门传感器和ＴＭＲ传感器的样机，图７为基于ＦＰＧＡ的数据融合系统样机㊂图６㊀磁通门和ＴＭＲ传感器样机图７㊀ＦＰＧＡ数据采集系统３．１㊀测试平台介绍传感器在设计和制作完成后，其性能指标需要通过测试进行分析和评估㊂通过对系统软件和硬件的测试，可以分析出系统的性能，进而不断的对系统进行优化，使整个系统的性能达到最优㊂为了真实可靠的评估和分析混合磁传感器的性能，根据实验室现有仪器，搭建了磁传感器测试平台，测试平台组成框图如图８所示，实物平台如图９所示㊂图８㊀磁传感器测试平台框图将磁通门和ＴＭＲ传感器放入带有螺线管的磁屏蔽筒中，并通过电缆连接至屏蔽筒外的ＦＰＧＡ系统板㊂磁屏蔽筒是由高导磁率的磁性材料内外多层组成，可以为外界干扰磁场提供一个低磁阻的磁通路，使磁力线都通过铁壳短路而不影响屏蔽体里面的部件，达到屏蔽目的［５］㊂周围环境磁场经过磁屏蔽筒的屏蔽，桶内的剩磁小于５ｎＴ，可以忽略不计，近似为零磁场环图９㊀磁传感器测试设备境㊂屏蔽筒内有用于产生磁场的螺线管线圈，通过高精度交直流电流源为螺线管线圈提供电流激励，可产生标准磁场㊂电源采用线性可编程直流稳压电源，输出电压精度高，纹波小㊂计算机通过ＵＳＢ接口与ＦＰＧＡ板进行数字通信，用于对ＦＰＧＡ进行编程和获取磁场数据，并通过计算机软件直接进行分析和处理㊂示波器用于测试传感器的频率响应㊂电压表采用纳伏表，用于测量传感器输出电压，信号发生器用于测试和调整电路各项参数㊂３．２㊀混合传感器性能测试３．２．１㊀灵敏度灵敏度（静态灵敏度）是传感器或检测仪表在稳定状态下输出量的变化Δｙ与输入量的变化Δｘ之比，用ｋ表示：ｋ＝Δｙ／Δｘ（２）如果输入输出特性为线性的传感器或者仪表，则有：ｋ＝ｙ／ｘ（３）根据上述对传感器灵敏度的定义，通过搭建的测试平台对混合磁传感器的灵敏度进行标定㊂将混合磁传感器放入磁屏蔽筒中，将其敏感轴和螺线管产生磁场的方向对准，将输出与纳伏表相连，电流源输出和螺线管输入相连㊂调整电流源的输出为直流，改变电流源输出电流的大小，即改变屏蔽筒内螺线管产生的标准磁场的大小㊂每次调整电流源使电流每次步进５ｍＡ，从６０ｍＡ至－６０ｍＡ变化，记录每次改变电流值时磁通门输出的电压值㊂根据螺线管产生的标准磁场值和混合传感器对应的输出电压值列出数据如表１所示㊂根据表１，利用最小二乘法拟合混合磁传感器输入输出数据，得到图１０所示的输入输出拟合曲线，并得出混合传感器的输出电压对应的磁场值大小的转换关系，其转换公式为ＶＨ＝０．０００１１３ˑＢＨ－０．０３０６６４（４）式中：ＶＨ为混合磁传感器的输出电压，Ｖ；ＢＨ为螺线管产生的标准磁场值，ｎＴ㊂㊀㊀㊀㊀㊀１８㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＡｐｒ．２０２１㊀表１㊀混合磁传感器输入输出数据电流Ｉ／ｍＡ输出电压Ｕ／Ｖ标准磁场Ｂ／ｎＴ６０９．２２４３４６１２８１２３６．２６５５８．７７０２３０６６７７２３３．９４４５７．１７９５１５７６６３１７０．５４３５５．５８８３３３１５４９１０７．１４２５３．９９７０２１８５３５０４３．７４１５２．４０５４７８２３２０９８０．３４５０．８１４３５７３０１６９１６．９４－５－０．７７７２９６２７６－７１４６．４６－１５－２．３６９２０８０２－２１２０９．８６－２５－３．９６１４０２８１－３５２７３．２６－３５－５．５５３２４４９９－４９３３６．６６－４５－７．１４５１７１０１－６３４００．０６－５５－８．７３６４６２０７－７７４６３．４６－６０９．２１４３４６１２８１１４７．９０图１０㊀混合磁传感器输入输出曲线㊀㊀由此可以得到灵敏度系数ｋ＝０．１１３ｍＶ／ｎＴ，偏置为－０．０３０６６４Ｖ，测量范围为ʃ０．８Ｇｓ（１Ｇｓ＝１０５ｎＴ）㊂３．２．２㊀磁传感器噪声本底噪声是磁传感器的一项重要指标，噪声的大小决定着磁传感器能够测量的最小磁场㊂本底噪声的定义：当外磁场不变时，磁通门传感器的示值在短时间内的变化，磁场噪声的峰峰值范围通常为０．１１００ｎＴ㊂测试方法为：取测量峰峰值为噪声指标，将混合磁传感器置于磁屏蔽筒内，在一段时间内，记录传感器输出值㊂令测量的最大值为Ｂｎ１，最小值为Ｂｎ２，则噪声Ｂｎ为Ｂｎ＝Ｂｎ１－Ｂｎ２（５）根据上述测试方法，在１０ｓ内对磁通门传感器的输出值采样１０个数据，记录数据如表２所示㊂用高精度数据采集卡对混合磁传感器㊁磁通门传感器和ＴＭＲ的输出进行连续采样，并对采样得到的数据在计算机中进行噪声谱分析，可得如图１１所示的噪声谱曲线图㊂通过图中曲线可以看出，ＴＭＲ传感器在低频处噪声密度比磁通门传感器大，在高频处，较磁表２㊀混合磁传感器本底噪声数据输出电压Ｕ／ＶＢ／ｎＴＢｎ／ｎＴ－０．０１４１７０３７５－２６１．８４－０．０１４１６９８７２－２６１．８３－０．０１４１５７２７１－２６１．６０－０．０１４１５６９７１－２６１．５９－０．０１４１５７８１９－２６１．６１０．５６－０．０１４１５５８９９－２６１．５７－０．０１４１５４７０５－２６１．５５－０．０１４１４０２８６－２６１．２８－０．０１４１４０６９９－２６１．２９－０．０１４１４１２７０－２６１．３０通门的噪声密度小㊂而混合磁传感器的噪声密度在低频处较ＴＭＲ传感器的噪声小，和磁通门的接近，在高频处，噪声密度进一步减小，主要原因是混合传感器在数据融合的过程中采用了数字滤波器的结果㊂图１１㊀混合磁传感器噪声谱３．２．３㊀混合磁传感器的频率响应将混合磁传感器置于测试平台中，使其敏感轴和螺线管中磁场的方向对准，使混合磁传感器的电压输出端接到数字示波器的输入端，调整电流源的输出电流大小，使得输出一个固定的电流值，使得螺线管输出一个固定峰值的磁场大小㊂改变电流源的信号输出频率，读取数字示波器输入信号的峰峰值，从一个较低频率开始，逐步增加电流源输出信号频率，并记录传感器输出电压随频率变化的数据㊂根据记录的数据做出磁通门磁传感器输出的频率响应曲线㊂通过以上方法可以测得磁通门传感器，ＴＭＲ传感器以及混合磁传感器的频率响应曲线，图１２为磁通门传感器经过低通滤波器后的频响曲线，图１３为ＴＭＲ传感器经过高通滤波器后的频响曲线，图１４为混合磁传感器的输出频响曲线㊂由于磁通门传感器外部接有低通滤波器，这就使得磁通门传感器的工作频率受到限制，从图１２中可以看出磁通门在１００Ｈｚ处输出开始衰减，在５００Ｈｚ处㊀㊀㊀㊀㊀第４期许朋博等：基于磁通门和磁阻传感器的混合宽带磁传感器的研究与设计１９㊀㊀输出（Ｖｏ）为输入（Ｖｉ）的０．７０７倍左右，符合低通滤波器的特点㊂ＴＭＲ传感器的工作频带较宽，可以从直流到很高频率，ＴＭＲ传感器连接高通滤波器，可以滤除信号低频噪声，其频率响应曲线在图１３中可以看出，符合高通滤波器的特点，同时看出ＴＭＲ的响应频率可以达到１０ｋＨｚ㊂根据磁通门和ＴＭＲ的频响曲线，结合数据融合算法测得混合磁传感器的频率响应曲线如图１４所示，由图１４可以看出混合传感器的频率响应范围达到了１０ｋＨｚ，且曲线平坦度较高，达到了拓展单一磁传感器频带的目的，使得混合传感器可测量较宽频带范围的磁场信号㊂图１２㊀磁通门传感器的频响曲线图１３㊀ＴＭＲ传感器通过ＨＰＦ的频响曲线图１４㊀混合磁传感器的频响曲线４㊀结束语在地磁探测领域，被测磁场信号幅值范围和频率都较广，但还没有一类磁传感器能较好的同时覆盖如此宽的动态范围和频响范围㊂本文的重点就是针对此问题设计并制作出一种能够测量频率范围相对较宽，且量程相对较大，同时噪声又尽可能低的磁传感器，以满足多领域磁场测量的应用需求㊂在本文提出的数据融合算法的基础上，根据实验结果与分析，可得如下结论：（１）多传感器数据融合基于多个传感器分别测量和转换数据，通过信号采集和数字信号处理技术将不同传感器的数据融合在一起㊂本文通过将磁通门传感器与ＴＭＲ传感器进行数据融合和测试，证明了这种方法的可行性㊂（２）互补滤波算法将磁通门噪声低，工作频带窄和ＴＭＲ高频噪声小，频带宽的特点充分结合起来，利用ＦＰＧＡ强大的并行处理数据的能力，采用比较㊁判断和滤波的方式将两传感器的输出数据进行融合，拓展单一磁传感器的工作频带，这种方式可以有效减小系统噪声，为微弱磁探测和宽频带磁探测提供了一种行之有效的方法㊂（３）通过设计和制作混合传感器样机，并搭建系统测试平台，测试了混合磁传感器的灵敏度㊁噪声和频率响应等参数㊂通过测试和分析可以看出混合磁传感器较单一磁传感器优越的性能㊂但混合磁传感器在实际设计和制作中需要反复调试参数，灵活度不够高，如何改进数据融合算法以提高混合传感器的自适应能力，将是后续进一步研究和解决的问题㊂参考文献：［１］㊀李乃民，李东徽．电磁法探测深度概述［Ｊ］．能源研究与管理，２０１２（１）：５９－６１．［２］㊀张飞．宽频带感应式磁传感器放大技术研究［Ｄ］．长春：吉林大学，２０１２．［３］㊀ＢＯＮＡＶＯＬＯＮＴＡＣ，ＰＥＰＥＧＰ，ＰＥＬＵＳＯＧ，ｅｔａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇ⁃ｎｅｔｉｃｎｏｎ⁃ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ／ａｌｕｍｉｎｕｍｌａｍｉｎａｔｅｓｕｓｉｎｇＨＴＳＳＱＵＩＤｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃ⁃ｔｉｏｎｓｏｎＡｐｐｌｉｅｄＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，２００５，１５（２）：７１１－７１４．［４］㊀ＫＵＲＯＤＡＭ，ＹＡＭＡＮＡＫＡＳ，ＩＳＯＢＥＹ．ＤｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｐｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｌｏｗｃａｒｂｏｎｓｔｅｅｌｂｙＳＱＵＩＤｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒｕｓｉｎｇｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ［Ｊ］．ＮＤＴ＆ＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２００５，３８（１）：５３－５７．［５］㊀孙伟民，刘双强，赵文辉，等．光学原子磁力仪［Ｍ］．哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，２０１５．［６］㊀刘长胜，刘鹏，曾新森，等．电磁法勘探中梯度场测量方法研究［Ｊ］．仪器仪表学报，２０１７，３８（４）：８８６－８９４．［７］㊀ＨＡＮＦ，ＨＡＲＡＤＡＳ，ＳＡＳＡＤＡＩ．Ｆｌｕｘｇａｔｅａｎｄｓｅａｒｃｈｃｏｉｌｈｙｂｒｉｄ：ａｌｏｗ⁃ｎｏｉｓｅｗｉｄｅ⁃ｂａｎｄｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＭａｇｎｅｔｉｃｓ，２０１２，４８（１１）：３７００－３７０３．［８］㊀ＭＡＲＫＯＶＩＣＧＢ，ＳＯＫＯＬＯＶＩＣＶＳ，ＤＵＫＩＣＭＬ．Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｈｙｂｒｉｄｔｗｏ⁃ｓｔａｇｅｍｕｌｔｉ⁃ｓｅｎｓｏｒｆｕｓｉｏｎｆｏｒｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｎｌａｒｇｅ⁃ｓｃａｌｅｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｊ］．Ｓｅｎｓｏｒｓ（Ｂａｓｅｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ），２０１９，１９（１９）：４３３９．［９］㊀ＨＡＬＬＤＬ，ＭＣＭＵＬＬＥＮＳＡＨ．Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｉｎｍｕｌｔｉｓｅｎｓｏｒｄａｔａｆｕｓｉｏｎ［Ｊ］．ＡｒｔｅｃｈＨｏｕｓｅ，２００４：２３．［１０］㊀陈光武，李少远，李文元，等．基于递推最小二乘与互补滤波的姿态估计［Ｊ］．控制理论与应用，２０１９，３６（７）：１０９６－１１０３．［１１］㊀马龙，张锐，苏志刚．一种多滤波器组合导航数据融合方法［Ｊ］．计算机测量与控制，２０１５，２３（２）：６２０－６２３．［１２］㊀童敏明，唐守峰，董海波．传感器原理与检测技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１４．作者简介：许朋博（１９９３ ），硕士研究生，主要研究方向为地磁传感器探测㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：６４６６６９００８＠ｑｑ．ｃｏｍ王鲜然（１９７７ ），博士研究生，主要研方向为智能传感器和智能系统㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｗａｎｇｘｉａｎｒａｎ＠１２６．ｃｏｍ。
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第 １ 卷 第 ４ Ｏ 期
２１ ０ ２年 ８月
信 息 与 电 子 工 程
Ｉ ＮＦＥＲＭ ＡＴＩ ＯＮ ＡＮＤ ＥＬＥＣＴＲ０ＮＩ Ｃ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｖｏ１ １ Ｎｏ． ． ０， ４ Ａｕ ， ０１ ｇ． ２ ２
文 章 编 号 ： １ ７ －８ ２２ ）４ ０ ９ ．５ ２２ ９ （０ ０ ．４ ０ ０ ６ １ ２
关 键 词 ：磁 通 门 信 号 ；相 敏 整 流 ；Ｇｉ ｅｔ 法器 ；零 位 ｌ ｒ乘 ｂ 中 图 分 类 号 ：Ｔ ２ ．／７ ；Ｔ ２ ２ １ Ｎ７ ２１．７ Ｐ １ ．３ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｄｅ ｉｎ ｏ ｈ ｓ — ｅ ｓｔｖ ｅｅ ｔｃｒ ｕｉ ｕ ｅ ｎｆｕ ｇ ｔ ｓｇ ｆａｐ ａ ｅ ｓ ｎ ｉｉ ｅｄ ｔｃ ｉｃ ｔ ｓ ｄ ｉ ｘ ａ ｅ ｌ
ｉ ｈ ｂ ｔｏ ｆｅ ｔｏ ｈ ｉｃ ｉ ｏ ｄ ａ ｍｏ ｉｓ ｎ ｉ ｉｉ ｎｅ ｅ ｆｔ ｅ ｃｒ ｕ ｔ ｎ ｏ ｄ ｈ ｒ ｎ ｃ ． Ｋｅ ｒ ｓ： ｆｕ ｇ ｔ ｉｎａ ； ｐ ａ ｅ ｓ ｎ ｉｉｅ ｄ ｔ ｃ ； Ｇｉｂ ｒ ｅｌ ｚ ｒ ｏ ｉｉ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ｌ ｘ ａ ｅｓｇ ｌ ｈ ｓ —ｅ ｓｔｖ ｅｅ ｔ ｌ ｅ ｔｃ ｌ； ｅ ｏ ｐ ｓｔｏ
Hale Waihona Puke ｋ ｅ ｓｓａ ｌ ｅ ｈ ｅ ｐ ｒｔ ｒ ｈ ｎｇ ｓｆｏ －１ ℃ －＋ ０ ℃ ： ｈ ｕ ｐ ｔＤＣ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｅ ｐ ｅｏ ｅ ｐ ｔｂ ｅｗｈ ｎ ｔ ｅｔｍ ｅａｕ ｅｃ ａ ｅ ｒｍ ０ ５ ｔ ｅ ｏ ｔｕ ｏ ｏ ｅ ｔｋ ｅ ｓｂ ｌｗ ３ ｍＶ
一
种 磁 通 门传 感 器 的 相 敏 整 流 电路 设 计
崔 智 军
（ 康 学 院 电子 与信 息 工 程 系 ，陕 西 安 康 ７ ５ ０ ） 安 ２ ０ ０
摘 要 ：随 着 传 感 器 微 型 化 、智 能化 的 不 断发 展 ，磁 通 门信 号 处 理 电路 也 从 传 统 的 分 立 元 件 、
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（ ｐ ｒｍｅ ｔ ｆ ｌｃｒｎｃ ｎ ｎｏｍａｉｎＥｎ ｉｅｒｎ ， Ａｎ ａ ｇＵｎｖｒｉ ， Ａ ｋ ｎ ｈ ａ ｘ ２ ０ ０， Ｃ ｉａ Ｄｅ ａｔ ｎ ｅｔｏ ｉｓａ ｄＩｆｒ ｔｏ ｇｎ ｅ ｉｇ ｏＥ ｋ ｎ ｉｅｓｔ ｙ ｎ ａ ｇＳ ａ ｎ ｉ ５ ０ ７ ｈｎ ） Ａｂ ｔａ ｔ Ｗ ｉｈ ｔ ｅ ｍｉ ｉ ｔ ｒｚ ｔｏ ｎｄ ｉ ｔ ｌｉｅ ｔｚ ｔｏ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔｏ ｈ ｅ ｓ ｒ ， ｈ ｏ ｐ ｔｎ ｓｒ ｃ ： ｔ ｈ ｎ ａ ｕ ｉａ ｉ ｎ ａ ｎ ｅ ｌｇ ｎ ｉａｉ ｎ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆｔ ｅ ｓ ｎ ｏ ｓ ｔ ｅ ｃ ｍ ｕ ｉ ｇ ｃ ｒ ｕ ｔｏ ｕ ｇ ｔ ｉ ｎ ｌｈ ｓｔａ ｓｏ ｍｅ ｏ ｍ ｉｒ ｃ ｉ ｒ ｍ ｒ ｄ ｔｏ ａ ｅ ａ ａ ｅ ｏ ｏ ｅ ｔ ｎ ＣＢｓ ｉｃ ｉ ｆｆ ｘ ａ ｅ ｓｇ ａ ａ ｒ ｎ ｆｒ ｄ ｔ ｃｏ ｈ ｐ ｆｏ ｔａ ｉｉｎ ｌｓ ｐ ｒ ｔｄ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｓａ ｄ Ｐ ｌ ．
电路板 向硅 片方 向发 展。本 文基于将磁通 门传感器 微型化 的 目的 ，提 出了一种 由 Ｇｌｅｔ ｉ ｒ 单元 电路 ｂ
组 成 的模 拟 乘 法 器 来 实 现 相 敏 整 流 的 方 法 。 该 电 路 采 用 ０６Ｌ 的 ＢＣ Ｓ工 艺设 计 ，利 用 Ｈｓｉ ． ｌ ｍ ｉＭＯ ｐｃ ｅ 进 行 仿 真 验 证 ， 果 表 明 ： 温 度 一 ０ｏ ～ ５ 结 在 １ ＋ ０℃ 范 围 内 ， 出 信 号 零 位 保 持 稳 定 ； 流 、 波 （ ｋ ｚ Ｃ 输 直 基 １Ｈ） 及 三 次 谐 波 相 敏 整 流 后 ，输 出直 流 分 量 小 于 ３ Ｖ， 对 奇 次 谐 波 有 明 显 的 抑 制 作 用 。 ｍ
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