專利名稱：一種數(shù)字式磁通儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種磁通儀，特別涉及一種數(shù)字式磁通儀。
背景技術(shù)：
磁測量傳感器可應(yīng)用于地質(zhì)探礦、工業(yè)探傷、車輛控制、搜查武器以及飛機(jī)、衛(wèi)星、 船艦和車輛導(dǎo)航等許多領(lǐng)域。而磁阻式(AMR)磁測量技術(shù)可以建構(gòu)磁測量傳感器技術(shù)，但其特點(diǎn)是其靈敏度不夠，線性度差而不能形成優(yōu)良性能的弱磁傳感器測量制備技術(shù)。磁通門傳感器是一種用于測量微弱磁場的傳感器。它的測量范圍為0 10-12T， 并能測量磁場分量。特別適用于在高速運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)中的測量，在諸多類型的磁場測量裝置中，磁通門傳感器是綜合性能最好的一種。磁通門探頭的輸出主要是激勵(lì)的二次諧波，需要進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，把它轉(zhuǎn)變成與被測磁場成線性關(guān)系的直流電壓信號(hào)。傳統(tǒng)磁通門傳感器主要采用模擬電路進(jìn)行處理，但采用模擬電路的突出問題是電路受溫度的影響比較大。在開環(huán)方式下，由磁通門線圈的鐵心磁導(dǎo)率隨溫度的變化很大，磁通門傳感器的靈敏度變化也很大。磁通門線圈本體與信號(hào)調(diào)理部份的溫度飄移、零點(diǎn)飄移都有明顯的缺陷。而且制備工藝繁雜，一致性差，生產(chǎn)質(zhì)量難以保證，可維護(hù)性也較差。隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化是其發(fā)展趨勢。數(shù)字化磁通門磁力儀具有量程范圍較寬、測磁的精度比較高、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、耗電量小、耐震性好、 穩(wěn)定性高、適于高速運(yùn)動(dòng)使用、且能連續(xù)自動(dòng)測量。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有模擬電路磁通門傳感器穩(wěn)定性不足、制備工藝繁雜、一致性差、生產(chǎn)質(zhì)量難以保證、可維護(hù)性差的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種可靠性高、檢測精度高、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、耗電量小、耐震性好、檢測穩(wěn)定性高的數(shù)字式磁通儀。為了達(dá)到上述技術(shù)目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，一種數(shù)字式磁通儀，包括磁通門線圈、激磁電路和信號(hào)處理電路，所述的磁通門線圈包括激勵(lì)線圈和測量線圈，所述的激勵(lì)線圈連接至激磁電路，所述的測量線圈連接至信號(hào)處理電路，其特征在于，所述的激磁電路包括數(shù)字振蕩電路和激磁選頻放大電路，所述的數(shù)字振蕩電路和選頻放大電路依次串聯(lián)后連接至激磁線圈，所述的信號(hào)處理電路包括信號(hào)處理選頻放大電路、相敏檢波電路、單片機(jī)、輸出接口，所述的信號(hào)處理選頻放大電路、相敏檢波電路、單片機(jī)、輸出接口依次串聯(lián)， 信號(hào)處理選頻放大電路的輸入端連接測量線圈連接至測量線圈，所述的相敏檢波電路還連接至數(shù)字振蕩電路。所述的一種數(shù)字式磁通儀，所述的輸出接口為RS-232接口和485串行接口。所述的一種數(shù)字式磁通儀，所述的單片機(jī)為C8051F020單片機(jī)。所述的一種數(shù)字式磁通儀，所述的數(shù)字振蕩電路采用⑶4060作為振蕩器。所述的一種數(shù)字式磁通儀，所述的相敏檢波電路采用CD4052做為檢波芯片。本實(shí)用新型的技術(shù)效果在于，采用數(shù)字電路來代替原有傳感器的模擬電路，有效
3地改善了傳感器的溫度性能與線性度，且可靠性高、檢測精度高、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、耗電量小、耐震性好、檢測穩(wěn)定性高。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型處理信號(hào)的流程圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1、圖2，本實(shí)用新型包括磁通門線圈、激磁電路和信號(hào)處理電路，磁通門線圈包括激勵(lì)線圈和測量線圈，激勵(lì)線圈連接至激磁電路，測量線圈連接至信號(hào)處理電路，激磁電路包括數(shù)字振蕩器和激磁選頻放大電路，數(shù)字振蕩電路和選頻放大電路依次串聯(lián)后連接至激磁線圈，信號(hào)處理電路包括信號(hào)處理選頻放大電路、相敏檢波電路、單片機(jī)、輸出接口，信號(hào)處理選頻放大電路、相敏檢波電路、單片機(jī)、輸出接口依次串聯(lián)，信號(hào)處理選頻放大電路的輸入端連接測量線圈連接至測量線圈，相敏檢波電路還連接至數(shù)字振蕩電路。雙鐵心磁通門是由2個(gè)參數(shù)完全相同的單鐵心磁通門將初級(jí)線圈反接而成。給雙鐵心磁通門的初級(jí)線圈通入足以使鐵心飽和的交流激勵(lì)電流時(shí)，由于被測磁場的影響，2個(gè)線圈中的磁場不相等。根據(jù)鐵心的特性，它們?cè)谙鄳?yīng)的次級(jí)線圈中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度也不同。將2個(gè)次級(jí)線圈順接，可得到雙鐵心磁通門的輸出電壓。對(duì)該信號(hào)進(jìn)行相敏整流和濾波后，就可得到與被測磁場有關(guān)的直流輸出電壓。激磁電路采用CD4060內(nèi)部的振蕩器，外接高精度電容與電阻構(gòu)成?；绢l率為40KHz，同時(shí)由⑶4060進(jìn)行小型的頻率綜合處理，產(chǎn)生基步頻的8分頻5KHz與16分頻 2. 5KHz供相敏檢波電路使用。其中相敏檢波電路采用CD4052做為檢波芯片。影響傳統(tǒng)磁通門傳感器測量精度的主要因素是傳感器的零點(diǎn)和靈敏度。一般情況下，零點(diǎn)和靈敏度會(huì)隨著溫度的變化而變化，變化較大時(shí)，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。如果用A/D 對(duì)磁通門輸出信號(hào)進(jìn)行采樣，然后，采用算法對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行相敏整流，就可以解決這一問題。本實(shí)用新型可通過串口給單片機(jī)發(fā)送命令后，也可由單片機(jī)向上位機(jī)請(qǐng)求參量命令。單片機(jī)依命令自主啟動(dòng)A/D開始對(duì)磁通門探頭輸出的信號(hào)及現(xiàn)場溫度信號(hào)進(jìn)行采樣。 采樣后的數(shù)據(jù)保存在單片機(jī)的RAM內(nèi)，可進(jìn)行一次算法處理，此次處理具有獨(dú)立性，是自主的傳感器信號(hào)調(diào)理部分進(jìn)行的分布式的信號(hào)處理，而且是與信號(hào)調(diào)理部分現(xiàn)場溫度場相同的一種溫漂與非線性處理技術(shù)，又通過串口上傳給上位PC機(jī)。這些數(shù)據(jù)在PC機(jī)內(nèi)可以經(jīng)過二次處理，得到反映被測磁場大小的數(shù)字量供顯示或控制。單片機(jī)采用混合片上系統(tǒng) C8051F020作為采集電路的主控芯片。這個(gè)單片機(jī)帶有2個(gè)集成在片上的高精度高速A/D。 A/D的轉(zhuǎn)換速率可編程控制，最大能夠達(dá)到lM/s。單片機(jī)具有內(nèi)部基準(zhǔn)。除了 256字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器外，還帶有4k的片上外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間(XRAM)。支持非侵入式，全速的在線系統(tǒng)調(diào)試。帶有內(nèi)置的溫度傳感器，其精度可以測量磁通儀現(xiàn)場工作溫度。信號(hào)的基波頻率為3kHz，采樣頻率為150kHz。對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行適量放大和中心電平調(diào)整后，就可以直接接入一路A/D的輸入端進(jìn)行采樣。單片機(jī)和PC機(jī)的串行通信采用RS-232總線標(biāo)準(zhǔn)接口，同時(shí)具備485串口遠(yuǎn)傳能力。 對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行適量放大和中心電平調(diào)整可能給信號(hào)疊加直流分量。為了解決這一問題，采用后述的式C3)來處理采樣數(shù)據(jù)。設(shè)采樣得到的序列為x(n) (η為采樣點(diǎn)，ρ為總共采樣的點(diǎn)數(shù))，求得所有點(diǎn)的均值，把x(n)減去均值，得到χ (η)，如式(1)所示。接著，進(jìn)行相敏整流。這部分的作用同前面介紹過的磁通門處理電路的作用基本相同。都是在基準(zhǔn)信號(hào)的前半個(gè)周期對(duì)信號(hào)進(jìn)行同相放大，在基準(zhǔn)信號(hào)的后半個(gè)周期對(duì)信號(hào)進(jìn)行反相放大。不同之處是前面要處理的信號(hào)是模擬信號(hào)，現(xiàn)在要處理的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)。相敏整流所用的相位基準(zhǔn)信號(hào)R(η)與激勵(lì)來自同一振蕩器。相敏整流后的信號(hào)為 Η(η)，如式(2)所示。H(n) = Χ(η) · R(n)(2)相敏整流后的數(shù)據(jù)必須濾去高頻分量，才能得到反映被測磁場強(qiáng)度大小的直流量。這里，采用P個(gè)點(diǎn)求和平均的辦法。這種方法不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的濾波，還能夠消除數(shù)據(jù)采集中的誤差。為了保證任何時(shí)間輸出數(shù)字量的一致，P應(yīng)選擇為周期采樣點(diǎn)數(shù)的整數(shù)倍。如式(3)所示，Y(n)為最終得到的直流電壓信號(hào)
權(quán)利要求1.一種數(shù)字式磁通儀，包括磁通門線圈、激磁電路和信號(hào)處理電路，所述的磁通門線圈包括激勵(lì)線圈和測量線圈，所述的激勵(lì)線圈連接至激磁電路，所述的測量線圈連接至信號(hào)處理電路，其特征在于，所述的激磁電路包括數(shù)字振蕩電路和激磁選頻放大電路，所述的數(shù)字振蕩電路和選頻放大電路依次串聯(lián)后連接至激磁線圈，所述的信號(hào)處理電路包括信號(hào)處理選頻放大電路、相敏檢波電路、單片機(jī)、輸出接口，所述的信號(hào)處理選頻放大電路、相敏檢波電路、單片機(jī)、輸出接口依次串聯(lián)，信號(hào)處理選頻放大電路的輸入端連接測量線圈連接至測量線圈，所述的相敏檢波電路還連接至數(shù)字振蕩電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字式磁通儀，其特征在于，所述的輸出接口為RS-232 接口和485串行接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字式磁通儀，其特征在于，所述的單片機(jī)為C8051F020 單片機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字式磁通儀，其特征在于，所述的數(shù)字振蕩電路采用 ⑶4060作為振蕩器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字式磁通儀，其特征在于，所述的相敏檢波電路采用 ⑶4052做為檢波芯片。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種數(shù)字式磁通儀，包括激勵(lì)線圈和測量線圈，激勵(lì)線圈連接至激磁電路，測量線圈連接至信號(hào)處理電路，激磁電路包括依次串聯(lián)后連接至激磁線圈的數(shù)字振蕩電路和選頻放大電路，信號(hào)處理電路包括信號(hào)處理選頻放大電路、相敏檢波電路、單片機(jī)、輸出接口，信號(hào)處理選頻放大電路、相敏檢波電路、單片機(jī)、輸出接口依次串聯(lián)，信號(hào)處理選頻放大電路的輸入端連接測量線圈連接至測量線圈，相敏檢波電路還連接至數(shù)字振蕩電路。本實(shí)用新型的技術(shù)效果在于，采用數(shù)字電路來代替原有傳感器的模擬電路，有效地改善了傳感器的溫度性能與線性度，且可靠性高、檢測精度高、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、耗電量小、耐震性好、檢測穩(wěn)定性高。
文檔編號(hào)G01R33/02GK202126492SQ20112016767
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者湛騰西, 趙旭, 黃志鋒 申請(qǐng)人:長沙中大精密儀器有限公司