專利名稱：一種弱磁場測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子測量技術領域，更具體地說，涉及一種弱磁場測量裝置。
背景技術：
現(xiàn)有技術中弱磁場的測量方法主要有磁通門法、核磁共振法、光磁共振法、超導量子干涉法和磁旋光效應法等，這些方法雖然測量精度和靈敏度很高，但普遍存在結構工藝復雜、成本高的問題。此外，霍爾效應法也是現(xiàn)有技術中較常用的一種方法，該方法結構簡單、成本低廉，但是在測量過程中，存在厄廷好森效應、能斯特效應、里紀一勒杜克效應，以及電極位置不完全對稱所引起的不等位電勢，其中厄廷好森效應無法消除，當磁場方向不能改變時，不等位電勢無法消除，另外，霍爾傳感器還存在較大的溫度系數(shù)。因此，如果能夠提出一種測量精度和靈敏度較高并且不受溫度影響，同時結構工藝簡單、成本低廉的弱磁場測量裝置，將具有重大的現(xiàn)實意義，能夠使高精度的弱磁場測量在電子測量領域得到廣泛應用。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型提供一種測量精度和靈敏度較高并且不受溫度影響，同時結構工藝簡單、成本低廉的弱磁場測量裝置，技術方案如下一種弱磁場測量裝置，包括參考線圈、電流采樣電阻、直流電源、調(diào)制線圈、磁敏電阻、交流電源和測控單元；其中所述參考線圈和所述電流采樣電阻串聯(lián)，并與所述直流電源構成電流回路，產(chǎn)生參考磁場；所述調(diào)制線圈和所述磁敏電阻串聯(lián)，并與所述交流電源構成電流回路，產(chǎn)生調(diào)制磁場；所述參考線圈與所述調(diào)制線圈靠近并保持相對位置狀態(tài)不變；所述磁敏電阻位于同時能感應到參考磁場和調(diào)制磁場的位置，感應被測磁場、參考磁場及調(diào)制磁場；所述測控單元連接所述電流采樣電阻的兩端、磁敏電阻的兩端、直流電源和交流電源，通過電流采樣電阻檢測流過參考線圈的直流電流，通過改變直流電源幅值或極性，分別檢測在不同的直流電源幅值或極性下磁敏電阻兩端的直流電壓分量，并通過測得的參考線圈的直流電流和磁敏電阻兩端的直流電壓分量，計算得到被測磁場的大小和方向。優(yōu)選的，上述弱磁場測量裝置中，所述參考線圈與所述調(diào)制線圈同軸。通過以上技術方案可以看出，本實用新型構建了一套主要由磁敏電阻構成的弱磁場測量裝置，測量時，通過電流采樣電阻檢測流過參考線圈的直流電流，通過改變直流電源幅值或極性，分別檢測在不同的直流電源幅值或極性下磁敏電阻兩端的直流電壓分量，并通過測得的參考線圈的直流電流和磁敏電阻兩端的直流電壓分量，計算得到被測磁場的大小和方向。本實用新型在利用了磁敏電阻所具有的結構簡單、靈敏度高和成本低廉等優(yōu)點的同時，能夠濾除溫度對弱磁場測量的影響，測量的精度較高。

為了更清楚地說明本實用新型的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實用新型提供的提供的一種弱磁場測量裝置的結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。參見圖1所示，本實用新型實施例提供的一種弱磁場測量裝置可以包括參考線圈CK、電流采樣電阻&、直流電源Elie、調(diào)制線圈CM、磁敏電阻Rm、交流電源Eac 和測控單元Pu。其中，所述參考線圈Ck和所述電流采樣電阻&串聯(lián)，并與所述直流電源構成電流回路，產(chǎn)生參考磁場；所述調(diào)制線圈Cm和所述磁敏電阻 串聯(lián)，并與所述交流電源Ea。構成電流回路，產(chǎn)生調(diào)制磁場；所述參考線圈Ck與所述調(diào)制線圈Cm靠近并保持相對位置狀態(tài)不變；所述磁敏電阻 位于同時能感應到參考磁場和調(diào)制磁場的位置，感應被測磁場、參考磁場及調(diào)制磁場；所述測控單元PU連接所述電流采樣電阻&的兩端、磁敏電阻&的兩端、 直流電源Edc和交流電源Eac，通過電流采樣電阻&檢測流過參考線圈Ck的直流電流，通過改變直流電源Ed。幅值或極性，分別檢測在不同的直流電源幅值或極性下磁敏電阻 兩端的直流電壓分量，并通過測得的參考線圈Ck的直流電流和磁敏電阻&兩端的直流電壓分量， 計算得到被測磁場的大小和方向。在其它實施例中，所述參考線圈Ck與所述調(diào)制線圈Cm同軸。本發(fā)明實施例提供的弱磁場測量裝置具體的測量原理如下調(diào)制線圈Cm與參考線圈Ck存在互感系數(shù)，則流過調(diào)制線圈Cm電流為
ηIm=Yj 1Mi sin(辟 + Oii )(1)
i=\式中，IMi、ω” α ,分別為流過調(diào)制線圈Cm交流電流i次頻率分量的幅值、角頻率、 相位，η為交流電流所含不同頻率分量的個數(shù)，η為不小于1的自然數(shù)，η個不同頻率中任兩個頻率之和，以及之差不等于其余任一個頻率。調(diào)制線圈Cm產(chǎn)生的磁感應強度為
ηBm — Gm Yj /Msin(^.i + .)(2)
i=\式中，ο M為與調(diào)制線圈Cm結構參數(shù)和介質(zhì)磁導率有關的常數(shù)。[0028]流過參考線圈Ck的電流為
ηiR = X IRi sin(辟 + Α.) + 4ο( 3 )
=1式中，IKi、β ” Ieo分別為流過參考線圈Ck感應電流i次頻率分量的幅值、相位、直流電流。參考線圈Ck產(chǎn)生的磁感應強度為
ηBr = σκ [I IRi sin(碑 + 伐)+ /湘](4 )
i=\式中，σ κ為與參考線圈Ck結構參數(shù)和介質(zhì)磁導率有關的常數(shù)。在弱磁場條件下，磁敏電阻的磁阻效應表達為R = R0(l+ksB2)(5)式中，Rci為與溫度有關的零磁場電阻值，R為有磁場時的電阻值，B為磁敏電阻所敏感的磁感應強度，ks為與材料的載流子遷移率和材料形狀及溫度有關的磁阻系數(shù)。設被測磁場的磁感應強度為Btl，在參考線圈Ck產(chǎn)生的磁場 、調(diào)制線圈Cm產(chǎn)生的磁場~及被測磁場Btl的作用下，磁敏電阻&阻值為Rm =穴。[1 + ks (B0 +Br+Bm)2]
η=R0{ 1 ++^Σ 1Ri sinO^ + A )( 6 )
/=1
η+ GrIro + σΜ Z Iui+ Oci )]2 }
i=\磁敏電阻&兩端的檢測電壓為
ηURm =Σ 1Misin^it +^ i)(RM +Rw)
/=1
η+ MMRm Yj Iu^i cos(約/ + at)( 7 )
/=1 η+MrrmYj I^miCOSimiI + Pi)
i=\式中，Ma4Rm、分別為調(diào)制線圈Cm和參考線圈Ck與磁敏電阻&電壓檢測回路的互感系數(shù)，Rff為磁敏電阻&引線電阻。由于η個不同頻率中任兩個頻率之和及之差不等于其余任一個頻率，所以，磁敏電阻&兩端檢測電壓的直流分量為
ηco
U1 = R0ks (σκΙκο + B0 )[σκ Σ ImIm cos(% - A) + Σ ΙΜ· ] (8)
=\ =0僅改變直流電源Ed。的幅值或極性，使流過參考線圈Ck的直流電流為IK1，則調(diào)制線圈Cm和參考線圈Ck的交流電流大小不變，它們間的相位差也不變，磁敏電阻 兩端檢測電壓的直流分量為[0049]
ηco
U1 = R0ks(aRIm + B0)[σκΣ ImIm cos(%-β^ + σ^ Im2] (9)
i=\ i=0根據(jù)式⑶、(9)，⑶/ (9)可得被測直流磁場Btl為
「 D tjR(uI1RO-uI1RI)Μλ、Br, =--( 10 )
U1-U2由公式(10)可以看出，本實用新型提供的弱磁場測量裝置能夠檢測被測磁場的大小和方向，并且測量結果與磁敏電阻溫度無關。從上述實施例可以看出，本實用新型實施例構建了一套主要由磁敏電阻構成的弱磁場測量裝置，測量時，通過電流采樣電阻檢測流過參考線圈的直流電流，通過改變直流電源幅值或極性，分別檢測在不同的直流電源幅值或極性下磁敏電阻兩端的直流電壓分量， 并通過測得的參考線圈的直流電流和磁敏電阻兩端的直流電壓分量，計算得到被測磁場的大小和方向。本實用新型實施例在利用了磁敏電阻所具有的結構簡單、靈敏度高和成本低廉等優(yōu)點的同時，能夠濾除溫度對弱磁場測量的影響，測量的精度較高。對所公開的實施例的上述說明，使本領域?qū)I(yè)技術人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求1.一種弱磁場測量裝置，其特征在于，包括參考線圈、電流采樣電阻、直流電源、調(diào)制線圈、磁敏電阻、交流電源和測控單元；其中所述參考線圈和所述電流采樣電阻串聯(lián)，并與所述直流電源構成電流回路，產(chǎn)生參考磁場；所述調(diào)制線圈和所述磁敏電阻串聯(lián)，并與所述交流電源構成電流回路，產(chǎn)生調(diào)制磁場；所述參考線圈與所述調(diào)制線圈靠近并保持相對位置狀態(tài)不變； 所述磁敏電阻位于同時能感應到參考磁場和調(diào)制磁場的位置，感應被測磁場、參考磁場及調(diào)制磁場；所述測控單元連接所述電流采樣電阻的兩端、磁敏電阻的兩端、直流電源和交流電源， 通過電流采樣電阻檢測流過參考線圈的直流電流，通過改變直流電源幅值或極性，分別檢測在不同的直流電源幅值或極性下磁敏電阻兩端的直流電壓分量，并通過測得的參考線圈的直流電流和磁敏電阻兩端的直流電壓分量，計算得到被測磁場的大小和方向。
2.根據(jù)權利要求1所述的弱磁場測量裝置，其特征在于，所述參考線圈與所述調(diào)制線圈同軸。
專利摘要本實用新型公開了一種弱磁場測量裝置，包括參考線圈、電流采樣電阻、直流電源、調(diào)制線圈、磁敏電阻、交流電源和測控單元；參考線圈和電流采樣電阻串聯(lián)與直流電源構成電流回路，產(chǎn)生參考磁場；調(diào)制線圈和磁敏電阻串聯(lián)與交流電源構成電流回路，產(chǎn)生調(diào)制磁場；參考線圈與調(diào)制線圈靠近并保持相對位置狀態(tài)不變；磁敏電阻位于同時能感應到參考磁場和調(diào)制磁場的位置；測控單元通過電流采樣電阻檢測流過參考線圈的直流電流，通過改變直流電源幅值或極性，并分別檢測在不同的幅值或極性下磁敏電阻兩端的直流電壓分量，然后通過測得的直流電流和直流電壓分量，計算得到被測磁場的大小和方向。本實用新型結構簡單、成本低廉，測量結果不受溫度影響。
文檔編號G01R33/06GK202033466SQ201120050028
公開日2011年11月9日 申請日期2011年2月28日 優(yōu)先權日2011年2月28日
發(fā)明者彭建學, 鄒維克 申請人:上海奧波信息科技有限公司