RTD型磁通门传感器仿真模型研究

RTD型磁通门传感器仿真模型研究
庞娜
【摘要】为了分析比较不同情况下RTD型磁通门传感器的性能,本文根据传感器的工作原理和组成结构,利用simulink仿真软件建立了RTD型磁通门传感器的仿真模型,该模型能够模拟传感器的测量过程,为传感器的性能研究提供模型依据.【期刊名称】《数字技术与应用》
【年(卷),期】2018(036)010
【总页数】2页(P103-104)
【关键词】RTD型磁通门;传感器;仿真模型
【作者】庞娜
【作者单位】北华大学计算机科学技术学院,吉林吉林 132013
【正文语种】中文
【中图分类】TP212.13
1 引言
磁通门传感器具有体积小、灵敏度高、功耗低等特点，被广泛应用于资源勘探、航空航天及海洋探测等领域。

随着科学技术的快速发展，磁通门传感器应用领域的增多，对其性能也提出了更高的要求。

Bruno Andò等人发展的RTD型磁通门传感器，具有检测环节简单、抗干扰能力强、易于实现数字化、微型化等优点。

因此，研究RTD型磁通门传感器的仿真模型，能够为传感器性能研究奠定基础，具有重
要的理论价值。

2 RTD型磁通门传感器的工作原理
RTD型磁通门传感器的敏感单元磁芯采用具有双稳态特性的软磁材料，在激励磁
场的作用下，磁芯在正负饱和状态间转换，磁芯势阱同时发生变化，饱和状态与势阱的稳态点相对应，磁化函数和双势阱函数间的动力学方程表示如下：
式中，x(t)为磁化函数，U(x)为势阱函数，h(t)为外部磁场，ζ为时间常数，c为无量纲参数，U(x)表达式如下：
外部磁场形式如公式(3)，He(t)为周期性交变的激励磁场，Hx为被测磁场。

当
Hx=0时，磁芯上的外部磁场对称，磁芯驻留在两个稳态点的时间相同;当Hx≠0时，磁芯上的外部磁场非对称，磁芯驻留在两个稳态点的时间不相同出现时间差。

因此，RTD型磁通门传感器通过检测时间差ΔT测量被测磁场Hx。

图1 感应线圈输出的电压脉冲
当施加在敏感单元磁芯的外部磁场强度等于矫顽力时，感应线圈输出电压脉冲，如图1所示，实线为不存在被测磁场时，输出的感应电压脉冲;虚线为存在被测磁场时，输出的感应电压脉冲。

在实际测量时，通过检测感应电压脉冲峰值间的时间间隔T+和T-，获得驻留在两个稳定状态的时间差值ΔT=T+-T-。

在一个周期内磁芯饱和时，感应电压脉冲出现峰值的时刻为ti(i=1，2，3)。

此时，激励周期Te、He(t)、Hx及±Hc之间关系如下：
由上式可得：
感应电压脉冲峰值间的时间间隔T+和T-表达如下：
因此，ΔT与Hx之间的关系如下：
3 RTD型磁通门传感器的组成
图2 RTD型磁通门传感器的组成
图3 RTD型磁通门传感器的仿真模型
图4 仿真模型输出时间差ΔT与被测磁场Hx
图2所示为RTD型磁通门传感器的组成，主要包括敏感单元和检测电路两部分。

激励电流施加到激励线圈中得到激励磁场，然后通过软磁材料磁芯后，感应线圈得到差分形式的电压。

前置放大器需要设计抑制共模干扰的差分放大电路，再通过放大电路将感应电压放大到便于整形的幅度，整形成占空比随被测磁场Hx改变的脉冲电压，随后进行计数得到时间差ΔT测量被测磁场Hx。

4 RTD型磁通门传感器仿真模型搭建
为了研究RTD型磁通门传感器在不同情况下的性能，需要构建传感器的仿真模型，由于Simulink是一个与Matlab融为一体，对动态系统进行模拟、仿真和分析的
应用软件。

因此，本文采用Simulink软件，根据传感器的工作原理和组成，搭建模块化的仿真模型，如图3所示。

激励磁场He(t)利用信号发生器产生，通过设置发生器的幅度、频率及波形，可以获得不同的激励磁场;被测磁场Hx利用常数发生器产生，通过调整参数来改变被
测磁场Hx的方向及大小;被测磁场Hx与激励磁场He(t)利用加法器相加，获得外
部磁场h(t);磁芯采用理想磁滞回线模型，利用斯密特触发器产生，转换阈值设置
为矫顽力值;感应电压e(t)利用乘法模块和求导模块构成;利用计数器对感应电压e(t)进行计数，计算脉冲间的时间差ΔT。

按照图3搭建的传感器仿真模型，采用正弦波磁场激励，设置激励频率为10Hz，激励幅度为5A/m，被测磁场为0.8A/m，得到传感器输出时间差ΔT与被测磁场Hx，如图4所示。

由图可知，本文设计的仿真模型与RTD型磁通门传感器的工作原理相一致，能够模拟传感器的实际测量过程。

因此，可以通过设置不同的模型参数，对比研究不同情况下传感器的性能。

5 结语
本文阐述RTD型磁通门传感器的工作原理，推导了时间差与被测磁场的关系，介绍了传感器的组成结构。

在此基础上，利用simulink仿真软件搭建了传感器的仿真模型，为研究RTD型磁通门传感器的性能提供了模型依据。

参考文献
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