專利名稱：磁傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于定向、測磁等方面的磁傳感器。
目前，基于飽和法測磁原理的磁傳感器，其電路部分均采用振蕩器(29)、解調(diào)器(26)、交流放大器(25)、選頻濾波器(24)、二分頻(28)、功率放大器(27)、直流放大器(30)、采樣電阻(31)，信號(hào)繞組(32)，激磁繞組(22)和反饋繞組(23)組成。此種電路以直流磁場反饋措施提高測量線性度，使輸出電壓與被測磁場強(qiáng)度成比例。此種電路的軟磁鐵芯要求嚴(yán)格的熱處理和配對，信號(hào)繞組需要較多的匝數(shù)，濾波器復(fù)雜而且效率低，信號(hào)中由于有過多的諧波信號(hào)分量和正交信號(hào)分量，使得交流放大器的增益受到限制。在結(jié)構(gòu)上，探頭都是固定在臺(tái)體上，調(diào)試時(shí)只能盲目的、小范圍地微動(dòng)探頭所處的位置。另外，通常每軸上的探頭內(nèi)部均采用玻璃管或其他絕緣管安裝磁芯，磁芯在玻璃管內(nèi)實(shí)際上處于非配合狀態(tài)，所以加工零件時(shí)的高精度及裝配時(shí)的配合安裝，均被磁芯的這種狀態(tài)吃掉。因此，很難提高磁傳感器的精度。
本發(fā)明的目的是，減少傳感器信號(hào)繞組的匝數(shù)，簡化工藝過程及工藝要求，提高磁傳感器的測試精度。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是振蕩器、放大器、解調(diào)器、磁芯組成磁傳感器的電路部分，信號(hào)繞組接于運(yùn)算放大器的反相輸入端，激磁繞組與功率放大器輸出端相接，筒子狀探頭安裝在臺(tái)體上，探頭在安裝孔內(nèi)可繞其自身安裝軸轉(zhuǎn)動(dòng)使其敏感軸處于所在的平面內(nèi)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，由于運(yùn)算放大器的輸入阻抗趨于零，故產(chǎn)生虛地效應(yīng)，因此，傳感器信號(hào)繞組的匝數(shù)大大減少，開關(guān)濾波器的應(yīng)用使得高O值濾波、正交切除及積分校正的功能在線路上實(shí)現(xiàn)一體化，不但簡化了電子線路，還大大降低了對傳感器磁性材料以及激磁繞組匝數(shù)準(zhǔn)確性與繞組位置精確性的要求，并減小了線路的歸算漂移，提高了磁傳感器的精度。在結(jié)構(gòu)上，每單個(gè)探頭均采用筒子結(jié)構(gòu)，使其可以在安裝臺(tái)體上繞自身軸旋轉(zhuǎn)，若是三個(gè)探頭，每個(gè)探頭之間可以進(jìn)行正交性調(diào)整，同時(shí)可以調(diào)整探頭與安裝座標(biāo)系的重合性。三軸磁傳感器中的兩個(gè)探頭，固定安裝在臺(tái)體上兩個(gè)垂直面上，第三個(gè)探頭采用滑塊式結(jié)構(gòu)，可以在一個(gè)平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)一定角度。最終保證三個(gè)軸的正交性以及與安裝座標(biāo)系的重合性。采用此種電路及結(jié)構(gòu)形式，簡化了調(diào)試工藝，而且使調(diào)試時(shí)有章可循，減小了盲目性、重復(fù)性。


圖1現(xiàn)有技術(shù)方框圖。
圖2單軸線路原理圖。
圖3探頭安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4探頭結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5三軸線路原理圖。
圖6繞線形式示意圖。
圖7敏感軸旋轉(zhuǎn)區(qū)域示意圖。
圖8三個(gè)探頭安裝軸示意圖。
圖2中虛框Ⅰ為振蕩部分，為方波信號(hào)源，虛框Ⅱ?yàn)槎诸l部分，CD4013的第1腳輸出信號(hào)Q與第2腳輸出信號(hào)Q作為開關(guān)濾波器與解調(diào)器的參考信號(hào)，CD4013的第13腳輸出信號(hào)作為激磁信號(hào)功律放大器的輸出電阻(R2)。虛框Ⅲ為激磁信號(hào)的功率放大部分。虛框Ⅳ為單軸磁傳感器的伺服放大部分。虛框V為單軸探頭，探頭激磁繞組的信號(hào)來自功率放大器的輸出端，經(jīng)R1接激繞組(19)。若是三軸磁傳感器，則(如圖5)CD4013的第1、2腳輸出的信號(hào)Q、Q要相應(yīng)地控制三路開關(guān)濾波器與解調(diào)器，三路開關(guān)濾波器與解調(diào)器的線路搭配和電路參數(shù)相同，三個(gè)激磁繞組串聯(lián)接(R1)三個(gè)信號(hào)繞組分別接(R5)、(R′5)、(R″5)。交流放大器中輸入電阻(R5)的取值很小，根據(jù)傳輸距離及探頭線圈的阻值，可取10歐姆～300歐姆。這樣可使信號(hào)繞組(17)、(18)匝數(shù)(N2)大幅度減少，在理論上可減少100倍以上，但在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到信號(hào)在傳輸距離上的衰減，一般可減少10倍左右。開關(guān)濾波器的應(yīng)用主要是降低了對探頭的要求，簡化了磁芯熱處理、選配等工藝，放松了對激磁繞組(19)、(20)匝數(shù)準(zhǔn)確性和繞組位置精確性的要求。多功能開關(guān)波濾器由開關(guān)(SW1)、(SM2)把信號(hào)頻率控制在2倍于激磁頻率上，所以除有用的二次諧波信號(hào)外，其余的基波信號(hào)和高次諧波信號(hào)以及二次諧波的正交分量均被濾除。在整個(gè)伺服回路中，濾波電容(C6)、(C7)濾波電阻(R9)形成的時(shí)間常數(shù)，對系統(tǒng)又具有積分校正作用。
在結(jié)構(gòu)上，探頭設(shè)計(jì)為筒子結(jié)構(gòu)(如圖4)，激磁繞組(19)、(20)，信號(hào)繞組(17)、(18)。繞線形式依照圖6所示，激磁線圈在兩個(gè)絕緣管(21)上反相串聯(lián)繞制，絕緣管(21)中裝入磁芯。每個(gè)探頭有兩個(gè)軸，一個(gè)為安裝軸(A)，一個(gè)為敏感軸(F)，安裝軸(A)基本處于其安裝位置的幾何中心，敏感軸(F)的走向取決于磁芯、絕緣管及繞組的位置。一般情況下，(F)軸與(A)軸不會(huì)重合，但當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證整個(gè)筒子能繞其安裝軸(A)旋轉(zhuǎn)360°時(shí)，敏感軸(F)也將繞安裝軸(A)旋轉(zhuǎn)360°若要獲得圖7中MM′NN′平面中的磁場，就可以通過旋轉(zhuǎn)筒了，使(F)處于該平面里。若為三軸磁傳感器，三個(gè)探頭的激磁線圈串聯(lián)，其安裝軸相互垂直，分別在X、Y、Z軸上(如圖8)，其中兩個(gè)探頭(16)、(33)采用固定安裝軸軸向的方式，安裝在在臺(tái)體(14)上，第三個(gè)探頭(34)的安裝軸可以隨滑塊(15)在平面P里旋轉(zhuǎn)一定的角度。在調(diào)整三個(gè)敏感軸的正交性及三個(gè)軸與安裝座標(biāo)系的安裝誤差時(shí)，假設(shè)把第三個(gè)可以調(diào)整安裝軸的探頭作為Z軸，那么此探頭通過繞其安裝軸自旋，可以使其敏感軸位于(C)或(C′)位置，再通過在ZOY平面里旋轉(zhuǎn)安裝軸(A)，最終使敏感軸(F)與Z軸重合。對于X軸和Y軸上的兩個(gè)探頭，通過繞各自安裝軸自旋，可以使它們的敏感軸(F)分別處于(A)或(A′)、(B)或(B′)位置;因?yàn)?A)或(A′)、(B)或(B′)在XOY平面里，所以，這兩個(gè)敏感軸與Z軸敏感軸垂直、X探頭與Y探頭的垂直度通過選配探頭保證，盡可能選用敏感軸于安裝軸的夾角相近的兩個(gè)探頭作為X和Y的探頭，若X和Y探頭的敏感軸分別處于(A)、(B)位置時(shí)，可使整個(gè)傳感器繞Z軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度來消除X、Y兩軸繞Z軸的安裝誤差。若X、Y兩敏感軸分別處于(A′)、(B′)位置時(shí)，可使整個(gè)傳感器繞Z軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度來消除這兩軸的安裝誤差，最終使傳感器的三個(gè)敏感軸不僅相互垂直又與安裝座標(biāo)系重合。
傳感器的調(diào)試方法為使用一個(gè)防磁旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，把傳感器安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上，使XOZ平面處于水平面內(nèi)。自旋X和Y軸的探頭使兩個(gè)探頭的敏感軸都處于水平面內(nèi)，且使探頭盡量正交，然后，翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的安裝面，YOZ平面處于水平面內(nèi)，自旋Z軸探頭，使Z軸探頭的敏感軸處于YOZ平面內(nèi)。再翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的安裝面，使XOZ平面處于水平面內(nèi)，通過滑塊繞X軸旋轉(zhuǎn)，使X軸探頭的敏感軸與Z軸重合。再翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的安裝面，重新使XOY平面處于水平面內(nèi)，通過使整個(gè)傳感器繞Z軸順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，消除掉X、Y兩軸的安裝誤差，最終使傳感器的三個(gè)敏感軸與安裝座標(biāo)系O-XYZ重合。
權(quán)利要求
1.一種由振蕩器、放大器、解調(diào)器、磁芯組成的磁傳感器，其特征在于，信號(hào)繞組接于運(yùn)算放大器的反相輸入端，激磁繞組與功率放大器輸出端相接，筒子狀的探頭安裝在臺(tái)體上，探頭在安裝孔內(nèi)可繞其自安裝軸轉(zhuǎn)動(dòng)使其敏感軸處于所在的平面內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器，其特征在于，每個(gè)探頭有一個(gè)安裝軸和一個(gè)敏感軸，安裝軸處于幾何中心，敏感軸的走向取決于磁芯、絕緣管及繞組的位置，每個(gè)探頭均可在自身的安裝孔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器，其特征在于，三個(gè)探頭相互垂直，其中兩個(gè)探頭安裝在臺(tái)體上，另一個(gè)探頭安裝在臺(tái)體上的一個(gè)滑塊上，滑塊可在其平面內(nèi)滑動(dòng)
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器，其特征在于，運(yùn)算放大器輸入電阻R5的阻值為10～300歐姆。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器，其特征在于，多功能開關(guān)濾波器的控制信號(hào)頻率是激磁信號(hào)頻率的2倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于定向、測磁等方面的磁傳感器，它是利用運(yùn)算放大器的反相輸入端的低阻抗輸入和多功能開關(guān)濾波器信號(hào)頻率是激磁頻率2倍的特點(diǎn)，提高磁傳感器的測量精度，利用筒子狀的探頭相互垂直，并且可以在自身的安裝孔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，二個(gè)探頭安裝在臺(tái)體的兩個(gè)垂直面上，第三個(gè)探頭安裝于臺(tái)體的滑塊上，可以在一個(gè)平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)一定角度。最終保證三個(gè)軸的正交性以及安裝坐標(biāo)系的重合性，此種電路及結(jié)構(gòu)簡化了調(diào)試工藝。
文檔編號(hào)G01R33/02GK1073531SQ92114530
公開日1993年6月23日 申請日期1992年12月21日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月21日
發(fā)明者趙永康, 雷寶權(quán), 劉瑞華 申請人:航空航天工業(yè)部寶成通用電子公司