宽带低噪声磁通门传感器

基于二次谐波脉冲幅值法的磁通门传感器

ＡｂｔａｔＴｅｂｓｒｃｐｅａｄｍａｈｍａｉａｄｌｆｕｇｔｇｅｏｔｒａｅｄｓｕｓｄＡｔｐｆｕｇｔｓｒｃ：ｈａｉｐｎｉｌｔｅｔｌｃｉｎｃｍｏｅｘａｅｍａｎｔｍｅｅｒｉｃｓｅ．ｙｅｏｘａｅｏｆｌｌｆ
为５０ＶＴ１ｋｚ的噪声为２Ｔ￣－。本文介绍的００／，０Ｈ处ｎ／＇￣
磁通门传感器在拓宽频带的基础上，很好地降低了噪声，拓宽了磁通门传感器的应用领域。
１磁通门现象数学模型
１ａ０－ＮＳＨ
，．
ＣＳｔ．Ｏ２
场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系
度；ｓ为铁芯的横截面面积，中，Ｓ是不变的，其Ｎ，在铁芯远离饱和状态时，导率近似常数，磁ｅ只与日有关，果激如
励磁场强度为
Ｈ＝Ｈ
ｍ
来测量弱磁场的一种传感器。与其他类型测磁仪器相比，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Ｊ。对于宽带低噪声磁通门传感器目前的文献介绍比
ｗｉｉｅｂｄｉｔｎｏｎｉｅｗｉｈｔｅｓｇａｒｃｓｉｇｃｒｕｔｓｂｓｄｏｈｔｏｆｈｏｉｇｓｃｎｔｗｄａｗｄｈａｄｌｗｏｓｈｃｈｉｎｐｏｅｓｉｉｉａｅｎｔｅｍｅｈｏｏｓｎｅｏｄｈｎｌｎｃｄｃ

莱姆推出新品IN 1000-S,拓宽了高精度传感器的量程

莱姆推出新品IN 1000-S，拓宽了高精度传感器的量程
1000A的DC、AC或脉冲电流
-40 ~ +85ºC）
极低的零漂（全温度范围内达19.5ppm）
优异的线性度（全温度范围内达3ppm）
极低噪声与高精度（全温度范围），得益于莱姆专利磁通门技术
莱姆拓宽高精度传感器的量程，推出新品IN 1000-S，无插入损耗，可隔离测量1000A的直流、交流以及脉冲电流。

莱姆完善磁通门技术，去年已推出此系列的第一个产品2000A。

传统1000A高精度传感器温度范围通常+10到+40或+50°C，IN 1000-S拓宽其温度范围至-40到+85°C，使其可用于更宽的应用领域，而不仅限于实验室，这些应用包括：传统工业应用测试仪、医疗设备（例如，MRI、质子疗法等）、高精度电机控制器以及计量设备。

莱姆采用专利创新技术于此新型传感器上，在数字领域中处理最大信号，新型磁通门技术架构消除磁通门驱动频率纹波，从而得到结构紧凑、宽温度范围内保持高精度以及相比上一代更低噪声水平的传感器。

在数字领域中处理信号可以完全免除模拟转数字处理之后的温度效应、干扰以及供电电压变化所产生的影响，改善了零点与零漂。

通过使用DSP数字信号处理器降低了固定频率下磁通门驱动信号中的干扰或纹波，同时降低了高频谐波。

剩余的干扰可通过纹波补偿线圈消除，此线圈的幅度与相位可以通过各个传感器的校准调节。

校准之后，全温度范围-40 OC到85 OC内，全量程范围内的传感器输出，其剩余纹波峰峰值低于34ppm。

这些创新使得IN 1000-S在拓宽的温度范围内具有优异的性能表现：全温度范围内极高的精度，优于3ppm的线性度以及19.5ppm的低零漂。

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。

磁通门传感器探头测试分析

2020.01
理论算法
磁通门传感器探头测试分析
齐侃侃，董昊（宜昌测试技术研究所，湖北宜昌，443003）
摘要：本文分析了磁通门传感器探头电气参数与物理参数，提出了改进磁探头性能的方法。实际选取了 Co 基非晶合金薄片作为磁探头磁芯材料，利用理论公式分析设计研制了探头。经实验验证，优化的磁探头噪声较小，灵敏度较高，温度性能较好，磁通门传感器的性能达到了设计要求。关键词 : 磁通门传感器；探头参数；灵敏度；噪声测试；温度漂移
Test and analysis of fluxgate sensor probe
Qi Kankan，Dong Hao (Yichang Testing Technology Research Institute, Yichang Hubei, 443003)
Abstract:In this paper,the performance parameters of fluxgate sensor are analyzed, and the method to improve the performance of magnetic probe is proposed. In fact, cobalt based amorphous alloy is selected as the core material, and the probe is made by using the approximate formula. The experimental results show that the optimized magnetic probe has lower noise, higher sensitivity and better temperature performance, and the performance of fluxgate sensor meets the design requirements. Keywords:Fluxgate sensor; Probe parameters; Sensitivity; Noise test; Temperature drift

(完整版)磁通门技术

用电流传感器作为电气设备绝缘在线检测系统的采样单元，已得到业内人士的共识。目前，电流传感器有多种类型，如霍尔传感器、无磁芯电流传感器、高导磁非晶合金多谐振荡电流传感器、电子自旋共振电流传感器等。由于电力系统使用环境的特殊性，许多传感器存在自身的局限性。目前应用于电力系统的电流传感器多是以电磁耦合为基本工作原理的，从采样方式上分，这类传感器主要有直接串入式、钳式、闭环穿芯式三种。大量的研究试验表明，基于“零磁通原理”的小电流传感器更适合电力系统绝缘在线检测的要求。本文所述小电流传感器即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，使小电流传感器具有高精度、高稳定度、抗干扰能力强等优点[1]。
e=( )=－2π× f1W2S (2μ2msin4πf1t +4μ4msin8πf1t +6μ6msin12πf1t +...) (8)
式(8)证明只要铁心磁导率μ随激磁磁场强度而变,感应电势中就会出现随环境磁场强度而变的偶次谐波增量e(HOL)。
当铁心处于周期性过饱和工作状态时,e(HOL)将显著增大。利用这种物理现象就可以测量环境磁场。但与变压器效应相比较,其感应线圈输出的磁通门信号。e(HOL)相当微弱。为实现精确测量,可设计成差分输出探头来消除磁通门探头变压器效应的感应电势。
磁通门是一种磁测量传感器。由于它在动目标中可以极敏感地感应地磁强度,早在本世纪30年代就被应用于航磁测量部门。近20年来,在物理学、电子技术、金属冶炼等方面取得的巨大成果,使磁通门在弱磁测量、抗电磁干扰、耐高温、可靠性、寿命、价格方面取得了前所未有的进展。在地质勘探和石油钻井中,包括磁通门在内的敏感元件提供的有关钻头前进方向的信息,使按设计井身轨迹实现高质量定向—水平钻井成为可能。
磁通门技术原理

磁通门电流测量基本原理 ()

磁通门输出有效信号中只含有激励信号的偶次谐波，且其中二次谐波分量幅度值最大；磁通门输出噪声信号中只含有其基次谐波，且其幅度最大的是基波和三次谐波。噪声信号中幅度最大的两种谐波分量分布在磁通门有效输出信号幅度最大的二次谐波的两侧。因此，采用二次谐波法能够有效的消除磁通门输出的噪声信号。如图 7 所示是二次谐波检测法原理图。
NSH
m
èç
m d
+
i=1
m i
cos 2iwtø÷ coswt
利用三角形函数的积化和差公式对式 5 进行整理，可得单芯磁通门的输出电压如下：
¥
¥
å å Uo = NSH0w 2mi sin 2iwt - NSHm imm éëcos(2i + 1)wt - cos(2i - 1)wt ùû
i=1
当环境磁场不为零时（ ≠ 0）时，输出的感应电动势即包含激励磁场的信息，
也包含被测量磁场的信息，而待测量磁场的信息在频域上是激励信号频率
的偶次谐波。因此，通过提取磁通门输出信号中的偶次谐波成分，并测量其大小
即可测量到待测量磁场的强度。
单芯型磁通门输出电压除了包含磁通感应电动势外，还包含磁通门变压器效
应产生的电压，而且与变压器效应相比，磁通感应电动势非常微弱。因此，不可
以直接利用单磁芯磁通门感应线圈的输出信号测量环境磁场，必须先剔除变压器
效应产生的电压。
b) 双磁芯磁通门传感器数学模型[3,4] 为了改善单芯磁通门，剔除单芯磁通门中存在的变压器效应影响，提出了双
磁芯型磁通门；双磁芯磁通门由两根平行放置的磁芯构成，磁芯上的激励线圈反向串联，感应线圈同向串联。这样的结构能够消除变压器效应产生的感应电动势，
x
i

磁通门传感器术语

测量本底噪声是指仪器潜在的内部噪声误差，在已知的零磁空间内测量 1Hz 处的剩余磁场。它确定了传感器在最佳条件下能够测量的最小磁场或磁场变化。
测量范围是指传感器能够精确测量的最大磁场强度。
零场偏差是指在零磁场环境测量的平均值
误差温度系数是指给定温度变化时偏移量的变化
正交误差是指三个互相垂直的磁通门元件之间的角度误差
输出阻抗是指传感器的输出阻抗。磁通门传感器通常具有相对较低的输出阻抗。
极性当指向磁北时，传感器将测量一个正的磁场强度值。
电源抑制比传感器电路抑制电源波动的能力。如果出现的变化或波动超过阈值，电源跳变将影响传感器的输出并产生噪声。
标度和标度误差传感器的电压输出与被测场线性相关。标度（mV/uT）是一个比例常数。标度误差是指在特点的场强下真实磁场和测量磁场之间的误差，表示理想的标度（满量程/最大输出）和测量测量标度之间的误差。
带宽和频率响应带宽和频率响应参数与传感器提供磁场强度读数的频率范围相对应。频率响应是传感器输出的振幅等于所测量的磁场振幅的频率范围(±5%)。带宽是指在 -3dB 点的频率范围，传感器输出的振幅相当于所所测量磁场的 70.1% 。注意，更高频磁场仍将会被测量，只是振幅会缩减。
电流消耗是指传感器从电源中获取的电流，用于传感器的正确操作。
预热时间是指传感器实现其性能指标所需的时间。实现标度性能的时间比实现噪声性能的时间短。参见启动时间。
激发穿透/激励频率是指磁通门激励频率在传感器信号输出端输出的信号量。激励频率是传感器最大带宽的几倍。为了获得最佳的性能，这个激励信号需要过滤掉（模拟或数字式）。
频率响应参考带宽和频率响应
磁滞
如果传感器受到的磁场大于全量程范围，则磁芯材料的磁化可能会永久改变。会导致改变偏移量。

磁通门电流测量基本原理

|时，磁芯处于磁导率线性区，此时磁导率是一个常数；当激励磁 |时，磁芯周期性的处于磁导率线性区和非
线性区，此时磁导率是一个随磁场强度大小变化而变化的变量。图 3 所示是磁芯磁感应强度随着激励磁场强度变化而变化的曲线。
图 2 磁芯磁导率随磁场变化曲线
（b）
图 3 磁芯磁感应强度随磁场强度变化曲线
而使两根磁芯产生的磁通电动势叠加，从而提高了磁通门的测量精度。
图 4 双芯型磁通门结构图
当对图 4 所示的双芯型磁通门加以角频率为的正弦激励信号，并且假设激励线圈在上半磁芯产生的磁场的总磁感应强度如下：与待测量环境磁场方向相同时，上半磁芯内 (7)
B = m ( H x + H e ) = m ( H x + H m sin w t )
N
。
He
U0 H0
图 1 单磁芯磁通门工作原理
对激励线圈加以角频率为的正弦激励电流，产生激励磁场
： (1) (2)
He = Hm sinw t
式中：
为激励磁场强度幅值。则可推导出磁芯内部的磁感应强度如下:
B = m ( H 0 + H e ) = m ( H 0 + H m sin w t )
¥ i =1
(5)
利用三角形函数的积化和差公式对式 5 进行整理，可得单芯磁通门的输出电压如下：
U o = NSH 0w å 2mi sin 2iw t - NSH m å im m é ëcos(2i + 1)w t - cos(2i - 1)w t ù û
i =1 i =1
¥
¥
1 - NSH m å mi é ë cos(2i + 1)w t - cos(2i - 1)w t ù û - NSH m m d cos w t 2 i=1 mi é ëcos(2i + 1)w t - cos(2i - 1)w t ù û - NSH m m d cos w t 2 i =1

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。

噪声传感器的功能和选择技巧

噪声传感器的功能和选择技巧噪声传感器能够对工业噪声的来源进行手记，它的外观小巧金安达，使用便利快捷，能够检测到超出人耳接收的全部频率范围，并定位噪音的来源，在选择噪声传感器的时候，建议选择灵敏度高，在合理的检测频率内测量条件精准，且稳定想好精准明确度较高的，下面认真介绍。

一、噪声传感器的功能1、针对工业现场或噪声源噪音监测而设计，符合GB/T3785—2型或IEC61672—2级标准。

具有声级计应具备的全部功能：如时间计权：[F（快）、S（慢）]和频率计权（A、C、Z）及校准功能等。

2、传感器尺寸：外形美观，体积小，重量轻，安装快捷。

3、动态范围：≧110dB（A），无需量程切换。

监测的声压范围充足国家噪声管理标准中的全部要求，尾部环形发光管指示工作状态。

供给+5V电源（可按要求配置不同直流电压供电输入）。

4、频率范围：10Hz～20kHz，覆盖了人耳所能听到的全部频率。

5、现场声信号手记以4—20mA工业标准、RS—485（232、USB）输出，可作为一个全天侯实时监控现场噪音的监测单元，兼容用户噪音监测、掌控（如：DCS等系统）而构成的精细噪声测量系统，是各类噪声源噪声定量分析、声源定位、噪声整治及声学讨论的理想选择。

二、噪声传感器选择技巧2、灵敏度的选择：通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。

由于只有灵敏度高时，与被测量变更对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处置。

但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也简单混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。

3、频率响应特性：传感器的频率响应特性决议了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有定延迟，希望延迟时间越短越好。

4、线性范围：传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。

以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。

传感器的线性范围越宽，则其量程越大，而且能保证肯定的测量精度。

应用于磁通门电流传感器的信号调节器的研究

应用于磁通门电流传感器的信号调节器的研究应用于磁通门电流传感器的信号调节器的研究近年来，磁通门电流传感器在工业控制和电力系统中得到了广泛应用。

作为一种用于测量电流的传感器，磁通门电流传感器具有高度准确性和可靠性的优势。

然而，由于电流信号的微弱和噪声的存在，准确地测量和提取电流信号仍然是一个挑战。

为了克服电流信号衰减和噪声干扰带来的问题，研究人员对应用于磁通门电流传感器的信号调节器进行了深入研究。

信号调节器在电路中起到对电流信号进行放大、滤波和去噪的作用，以提高信号的可靠性和稳定性。

首先，信号调节器需要对电流信号进行放大。

由于磁通门电流传感器输出的电流信号较小，一般在毫安量级，因此需要将信号放大到适合测量和控制的范围。

放大电路一般采用运算放大器等元件，通过调整放大倍数可以满足特定的测量要求。

其次，信号调节器需要对电流信号进行滤波。

电网中存在各种干扰和噪声，如电磁干扰、交流干扰等，这些干扰和噪声可能会对电流信号的测量和控制带来干扰。

滤波电路可以通过选择适当的滤波器类型和参数来抑制干扰和噪声，提高信号的清晰度和稳定性。

最后，信号调节器需要对电流信号进行去噪。

在电网中，电机运行和其他电器设备的工作都会产生电磁噪声，这些噪声会对电流信号的测量和控制造成干扰。

去噪电路可以采用滤波、陷波等技术来抑制噪声，提高测量系统的信噪比。

为了研究应用于磁通门电流传感器的信号调节器，我们通过实验和模拟的方法对不同的调节器进行了比较和分析。

实验中，我们使用标准的电流源和磁通门电流传感器，将不同的信号调节器接入电路中，测量和记录输出信号的性能指标，如增益、频率响应和噪声电平。

同时，我们还进行了仿真实验，利用电路仿真软件对不同调节器的性能进行了模拟。

实验结果显示，不同类型的信号调节器在电流信号的放大、滤波和去噪方面具有不同的性能和特点。

根据实验和模拟结果，我们可以选择适合特定应用需求的信号调节器，以提高电流信号测量的准确性和可靠性。

一种全数字磁通门型电流传感器及其噪声抑制方法[发明专利]

专利名称：一种全数字磁通门型电流传感器及其噪声抑制方法专利类型：发明专利
发明人：刘家曦,李立毅,陈启明,曹继伟
申请号：CN202010444372.9
申请日：20200522
公开号：CN111665384A
公开日：
20200915
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种全数字磁通门型电流传感器及其噪声抑制方法，涉及全数字高精度电流传感器领域。

本发明是为了解决磁通门型电流传感器的激磁单元无法实现零磁通，并且电流传感器的噪声以及固有温漂无法精确抑制的问题。

本发明既可以实现电流传感器的高精度、高线性度，增加了电流传感器的鲁棒性，同时还通过全数字控制的方法加以实现，降低了模拟器件固有的偏差。

申请人：哈尔滨工业大学
地址：150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
国籍：CN
代理机构：哈尔滨市松花江专利商标事务所
代理人：于歌
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基于磁通负反馈的低噪声宽频带感应式磁传感器设计

基于磁通负反馈的低噪声宽频带感应式磁传感器设计应毓海【摘要】感应式磁传感器(IMS)是频率域电磁法(FEM)中使用最广泛的磁传感器,通常由感应线圈和前置放大器组成.为了增加IMS探测深度和微弱磁场信号的能力,基于磁通负反馈技术,获得其在低频段平坦的灵敏度曲线,拓宽了其观测频带.采用斩波前置放大技术,降低了1/f噪声对IMS的影响,对IMS的输出噪声进行了压制.通过在屏蔽室内对所研制的IMS性能进行测试,结果表明:其频带范围为0.001Hz ～10 kHz,输入噪声为3 nV/Hz1/2,较3D-3磁传感器等效输入噪声提高了10.04dB,为其在实际项目应用提供了可靠的性能保障.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2014(033)012【总页数】4页(P67-69,75)【关键词】感应式磁传感器;磁通负反馈;斩波前置放大;1/f噪声【作者】应毓海【作者单位】安徽大学电子信息工程学院,安徽合肥230039;安徽广播影视职业技术学院信息工程系,安徽合肥230011【正文语种】中文【中图分类】O657.3感应式磁传感器(IMS)基于法拉第电磁感应原理,能够感知所探测磁场信号的微弱变化[1,2]。

根据趋肤效应原理,它的可用频率范围决定了频率域电磁法(FEM)所能探测的最大深度,是FEM的核心设备,其主要由感应线圈、磁通反馈回路和前置放大电路组成。

高性能的IMS除了需要高性能的磁芯和合理的感应线圈结构以外,也需要能够满足探测深度需求的频带尽可能宽的前置放大电路,另外,其噪声还需要低于地磁场信号,以提取出有用地磁场信号[3,4]。

近些年,国外许多高校和科研院所不断地对IMS性能参数进行改进,为了提高IMS 探测深度和微弱磁场信号的能力。

德国MFS—06磁传感器的频带范围为0.000 2 Hz～8 kHz,输入噪声为8 nV/Hz1/2[5,6]。

加拿大MTC—50 H磁传感器的频率范围为0.000 3 Hz～30 kHz,输入噪声为12 nV/Hz1/2[7,8]。

磁通门技术

学号：201321401022 姓名：郑伟东磁通门技术I国内外研究现状磁通门是利用被测磁场中高导磁铁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一种传感器。

磁通门传感器也称磁强计，由探头和接口电路组成，具有分辨率高(最高可达10-11T)、测量弱磁场范围宽(在10-8T以下)、可靠、简易、经济、耐用、能够直接测量磁场的分量和适于在高速运动系统中使用等特点。

磁通门传感器的研究起始于1928年，几年后才出现了利用磁性材料自身磁饱和特性的磁通门磁强计，它被用来测量1mT以下的直流或低频交流磁场。

1936年，Aschenbrenner和Goubau称达到了0.3nT的分辨率。

在第二次世界大战中，用于军事探潜的磁通门传感器有了较大的发展。

用电流传感器作为电气设备绝缘在线检测系统的采样单元，已得到业内人士的共识。

目前，电流传感器有多种类型，如霍尔传感器、无磁芯电流传感器、高导磁非晶合金多谐振荡电流传感器、电子自旋共振电流传感器等。

由于电力系统使用环境的特殊性，许多传感器存在自身的局限性。

目前应用于电力系统的电流传感器多是以电磁耦合为基本工作原理的，从采样方式上分，这类传感器主要有直接串入式、钳式、闭环穿芯式三种。

大量的研究试验表明，基于“零磁通原理”的小电流传感器更适合电力系统绝缘在线检测的要求。

本文所述小电流传感器即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，使小电流传感器具有高精度、高稳定度、抗干扰能力强等优点[1]。

磁通门是一种磁测量传感器。

由于它在动目标中可以极敏感地感应地磁强度,早在本世纪30年代就被应用于航磁测量部门。

近20年来,在物理学、电子技术、金属冶炼等方面取得的巨大成果,使磁通门在弱磁测量、抗电磁干扰、耐高温、可靠性、寿命、价格方面取得了前所未有的进展。

在地质勘探和石油钻井中,包括磁通门在内的敏感元件提供的有关钻头前进方向的信息,使按设计井身轨迹实现高质量定向—水平钻井成为可能。

磁通门电流传感器原理

磁通门电流传感器原理
磁通门传感器是一种非接触式开关，它可以检测电磁流的存在和数量，从而间接地测量目标电路的电流值。

它的工作原理是将一个小体积的稳定磁场投放到电流流路中，再用另一个小磁体在它旁边检测电流流路产生的磁场，从而间接地记录下电流的数值。

磁通门传感器的结构包括一个有一定尺寸的磁体和一个磁场传感单元。

当把磁体放置到目标电路中时，它会产生一个稳定的磁场，这个磁场会被电路流体路产生的电磁流所影响。

由于目标电流的不同，它所产生的电磁流强度也会有所不同，进而影响磁场的走向。

磁场传感单元能够检测这种走向变化，并根据它与目标电流之间的关系反演出电流的值。

也就是说，它检测的是电流的变化，从而精确地测量出电流的值。

当用仪器来测量磁通门传感器性能时，需要将它放置在实际应用目标电路中。

由于电路中流动的电流会产生一个稳定的磁场，磁场传感单元就会检测到稳定的信号，从而精确地测量出电流的值。

低噪声宽带宽感应式磁传感器

低噪声宽带宽感应式磁传感器尚新磊;王琳;林君;符磊;王晓光;陈晨【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(046)009【摘要】在大深度测量时,由于传统空心线圈传感器自身空心线圈和差分放大器部分引入了噪声,致使感应式磁传感器探测灵敏度降低,无法满足地质探测深度的需要.针对此问题,通过理论分析空心线圈磁传感器中空心线圈的物理结构和前置放大电路的机理,研究引入噪声的主要来源,建立基于结型场效应晶体管(JFET)的感应式磁传感器等效模型,提出一种低噪声宽带宽空心线圈磁传感器.同时,分析该模型下差分放大器的频域特性,给出磁传感器输入噪声的仿真结果.在屏蔽室内和野外试验对所研制的磁传感器性能进行测试.研究结果表明:该磁传感器的3dB响应带宽达到42.3 kHz,相比于磁传感器3D-3响应带宽增加了1倍.在输入噪声水平方面,其输入噪声在频率为10kHz时为1.97 nV/Hz1/2,较磁传感器3D-3信噪比提高了10.04 dB,为感应式磁传感器在实际项目应用提供了可靠的性能保障.【总页数】7页(P3295-3301)【作者】尚新磊;王琳;林君;符磊;王晓光;陈晨【作者单位】吉林大学仪器科学与电气工程学院,吉林长春,130026;吉林大学地球信息探测仪器教育部重点实验室,吉林长春,130026;吉林大学地球信息探测仪器教育部重点实验室,吉林长春,130026;吉林大学仪器科学与电气工程学院,吉林长春,130026;吉林大学地球信息探测仪器教育部重点实验室,吉林长春,130026;吉林大学仪器科学与电气工程学院,吉林长春,130026;吉林大学仪器科学与电气工程学院,吉林长春,130026;吉林大学仪器科学与电气工程学院,吉林长春,130026;吉林大学地球信息探测仪器教育部重点实验室,吉林长春,130026【正文语种】中文【中图分类】TP212.1【相关文献】1.用于感应式磁传感器低噪声前置放大器的研制 [J], 邱贺;段永红2.低噪声宽频带感应式磁传感器 [J], 魏丽英3.基于JFET的低噪声感应式磁传感器设计 [J], 李珉;柏逢明4.基于磁通负反馈的低噪声宽频带感应式磁传感器设计 [J], 应毓海5.高灵敏度感应式磁传感器测量误差校正算法 [J], 张士荣;郭强因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

低噪声宽频带感应式磁传感器

低噪声宽频带感应式磁传感器
魏丽英
【期刊名称】《传感器与微系统》
【年(卷),期】2014(033)007
【摘要】感应式磁传感器是频率域电磁(FEM)法中使用最广泛的磁传感器,通常由感应线圈和前置放大器组成,其中前置放大电路是影响磁感应式磁传感器性能指标的核心因素.为了增加感应式磁传感器探测深度和微弱磁场信号的能力,要求前置放大电路具有宽频带、低噪声等性能.基于磁通负反馈的原理,设计并研制了斩波前置放大器,有效抑制了感应线圈的输出噪声,使感应线圈谐振频率两侧具有平坦的幅频特性曲线,拓宽了感应式传感器的响应频带.在屏蔽室内对感应式磁传感器的性能指标进行了测试,其频带范围为0.001 Hz～10 kHz,输入噪声为3.75 nV/√Hz,为感应式磁传感器在实际中的应用提供了性能保障.
【总页数】3页(P106-108)
【作者】魏丽英
【作者单位】长春工业大学人文信息学院,吉林长春130000
【正文语种】中文
【中图分类】O657.3
【相关文献】
1.用于感应式磁传感器低噪声前置放大器的研制 [J], 邱贺;段永红
2.基于JFET的低噪声感应式磁传感器设计 [J], 李珉;柏逢明
3.基于磁通负反馈的低噪声宽频带感应式磁传感器设计 [J], 应毓海
4.低噪声宽带宽感应式磁传感器 [J], 尚新磊;王琳;林君;符磊;王晓光;陈晨
5.宽频带感应式磁传感器线圈电感的研究 [J], 邵英秋;宋克非
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