專利名稱:磁探測器的制作方法
本發(fā)明是采用磁梯度原理探測地下磁性物體的準確位置的儀器，特別適用于農(nóng)業(yè)動態(tài)監(jiān)測體系中磁標的探測。
環(huán)形磁芯磁通門磁強計自1969年以來已大量用于磁探測，70年代初已用于磁梯度的探測，其中為了減小激勵功耗采用了脈沖激勵探頭內(nèi)的環(huán)形磁芯至深度磁飽合的方式，而取代了正弦波激勵的方式，如美國專利3775674采用五個三極管及一個振蕩器組成的單向脈沖電路激勵環(huán)形磁芯。
本發(fā)明的目的是提供一種電路簡單、耗電小、價格低、使用方便的磁性物體探測器，特別適用于農(nóng)業(yè)動態(tài)監(jiān)測體系中磁標的探測。
本發(fā)明同樣沿用兩個具有環(huán)形磁芯的探頭1和探頭2，所不同的是兩探頭各自的反饋線圈和激磁線圈是分開的，而激勵環(huán)形磁芯的激勵電路卻采用了一個單結(jié)晶體管組成的單向脈沖電路。整個電路第一級放大器輸出值是磁場梯度信號，而后兩級放大器是大時間常數(shù)阻容偶合的運算放大器，并帶有回零開關(guān)和靈敏度高低檔開關(guān)，抑制了零點漂移，在長期使用和較寬的溫度范圍內(nèi)不須調(diào)零就能正常工作，并把磁梯度信號保持一段時間觸發(fā)音響顯示電路達到探測的目的。
磁探測器包括兩個具有傳感線圈、激磁線圈和反饋線圈的探頭，一個單向脈沖電路，反饋電路放大電路，電源電路和音響電路，整個電路的第一級放大器的輸入信號與兩探頭的傳感線圈軸線方向的外磁場成正比，輸出信號是磁場梯度信號，脈沖電路激勵屬于不同探頭的兩個相串聯(lián)的激磁線圈，其特征在于激勵兩個相串聯(lián)的激磁線圈的激勵電路是由一個單結(jié)晶體管組成的脈沖發(fā)生器完成的，單結(jié)晶體管的發(fā)射極和基極與串聯(lián)線圈的兩端形成一個閉合回路，每個探頭的反饋線圈與激磁線圈是各自不同的兩個線圈，兩反饋線圈相串聯(lián)。
兩探頭的傳感線圈的電壓各自經(jīng)過檢波整流出與外磁場有關(guān)的電壓信號。
可變電阻器與一個探頭的反饋線圈相并聯(lián)。
其中的兩個放大電路本身的輸入端和輸出端之間有一個回零開關(guān)，這兩個放大電路各自與它們的前級放大電路之間接有兩個電容器。
上述兩個放大電路中的后級放大電路還設(shè)有靈敏度高低檔開關(guān)，高低檔開關(guān)的一組觸頭接在與此放大電路輸入端相接的場效應(yīng)管的柵極和放大電路的輸出端之間，高低檔開關(guān)的另一組觸頭接在放大電路的輸出端與音響電路的輸入端之間。
穩(wěn)壓電源電路的分壓電路是一個雙向射極輸出器，兩個三極管的基極之間串聯(lián)有兩個二極管。
圖1為本發(fā)明的電路框圖圖2為本發(fā)明探頭結(jié)構(gòu)圖圖3為本發(fā)明梯度磁強計電原理圖圖4為圖3中串聯(lián)的激磁線圈L3和L6的脈沖激勵電流波形圖。
圖5為圖3中傳感線圈L2和L4的電壓波形圖，即感應(yīng)端A和B相對于參考點50的電壓波形。
圖6是本發(fā)明整體電原理圖，圖7是本發(fā)明的集成電路原理圖，同時也是最佳的實施方案。以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作詳細的描述。
圖2中，探頭1由反饋線圈L1、傳感線圈L2和激磁線圈L3組成，探頭2同樣也由反饋線圈L5、傳感線圈L4和激磁線圈L6組成。激磁線圈繞在長環(huán)形磁芯上，其中L1＝3400匝，L5＝3000匝，L2，L4＝4000匝。
如圖3，單向脈沖發(fā)生器由單結(jié)晶體管BG1、電阻R1，R2、電容器C1、激磁線圈L3、L6組成。L3和L6的同名端相連，另兩端一邊接單結(jié)晶體管BG1的基極b1，另一邊接地。BG1的基極b2通過一電阻器R1接電源，電源與地之間還接有一個電阻器R2與電容器C1的串聯(lián)電路，BG1的發(fā)射極接在R2和C1之間。接通電源，C1充電，BG1截止，L3和L6無電流流過。C1放電時，BG1導(dǎo)通，L3和L6中有電流流過，L3和L6產(chǎn)生如圖4的電流脈沖波形。
典型電路是R1＝510Ω，R2＝3KΩ，C1＝0.082μF，BG1采用BT33C。
圖4的脈沖電流通過相串聯(lián)的L3和L6將長環(huán)形磁芯激勵至深度飽合，在傳感線圈L2和L4上感應(yīng)出如圖5與激勵電流同頻率的在同一周期是一個衰減振蕩電壓的電壓波形，即感應(yīng)端A和B相對于參考點50的電壓。經(jīng)二極管D1、電阻器R3、電容器C2組成的第一整流回路整流出L2的電壓U01，即結(jié)點51的電壓。同樣，經(jīng)二極管D2電阻器R4、電容器C3組成的第二整流回路整流出L4的電壓U02，即結(jié)點52的電壓。U01、U02分別與L2、L4軸線方向的外磁場成正比。由于探頭1和探頭2的探測方向相同，因此U01和U02的差值乘以系數(shù)K除以兩探頭之間的距離L就等于該處的磁梯度。
H＝ (K(U01-U02))/(L)上述典型電路是R3、R4＝180KΩ，C2、C3＝0.1μF，D1、D2采用2Cp15，頻率5KH2，脈沖寬度5μS。
如圖6，反饋放大電路由三極管BG14、BG15、BG16、BG18和場效應(yīng)管BG17、BG19以及有關(guān)的電阻器、電容器和二極管組成。上述第一整流回路整流出的電壓信號U01輸入到反饋電路輸入端場效應(yīng)管BG19的柵極(51)，反饋電路輸出端54將反饋電壓輸入到串聯(lián)的探頭1的反饋線圈L1和探頭2的反饋線圈L5，R37和R38組成的偏置電路加在BG17的柵極，通過調(diào)整R38給每探頭加一個固定的偏置磁場。當外磁場變化時，反饋電路輸出端54的電壓相應(yīng)變化，產(chǎn)生一個補償磁場，使探頭上偏置磁場基本不變，保證了探頭的靈敏度和靈敏度的線性。反饋線圈L1和L5串聯(lián)在一起，兩同名端相連，可變電阻器W2接反饋電路的輸出端54并與反饋線圈L1并聯(lián)，用來調(diào)整兩探頭靈敏度一致。由于L1并聯(lián)了可變電阻器W3，L1中的電流減小，探頭1的反饋減弱，調(diào)整W2時為保證兩探頭靈敏度一致，L1的匝數(shù)比L5的匝數(shù)要多。
放大電路1就是圖6的放大器A1，它采用了F010低功耗運算放大器。第一、第二整流回路整流出的電壓信號U01、U02經(jīng)二極管D3、D4輸入到放大器A1的第一輸入端3和第二輸入端4，A1的輸出電壓(53)就是磁梯度值。
放大電路2由場效應(yīng)管BG2、BG3，三極管BG4、BG5及有關(guān)電阻器和電容器組成。放大電路3也由場效應(yīng)管BG6、BG7，三極管BG8、BG9及有關(guān)電阻器和電容器組成。放大電路2和放大電路3是兩個相同的運算放大電路。偶合電容C5、C6串接于放大電路1的輸出端53和放大電路2的輸入端58之間，放大電路2的輸入端58和輸出端59之間串接有回零開關(guān)K21和電阻器R8。當開關(guān)K21閉合時，R8通過放大電路2輸出端59快速給C5、C6充放電，使輸出端59快速回零。同樣，偶合電容C10、C11也串接于放大電路2的輸出端59與放大電路3的輸入端60之間，放大電路3的輸入端60和輸出端61之間串接有回零開關(guān)K22和電阻R17。當放大電路1輸出不變時，經(jīng)過一段時間放大電路2，放大電路3的輸出端59、61回零，即輸出電壓保持4V。當放大電路1輸出階躍信號時又保持一段時間，這樣，磁探測器在磁性物體上方時產(chǎn)生音響顯示并保持一段時間，指示出物體位置。
放大電路3還有靈敏度高低檔開關(guān)K11和K12，K11和與其串聯(lián)的電阻R20接在與放大電路3輸入端60相鄰的場效應(yīng)管BG6的柵極和輸出端61之間，K12和與其串聯(lián)的電阻R28接在放大電路3的輸出端61與音響電路的輸入端之間。探測到磁性物體所在范圍后，為準確定位開關(guān)打向低檔使用，這時K11降低了放大電路3的放大倍數(shù)，開關(guān)K12斷開，高于4.7V時的通路被切斷，音響只顯示S極磁場。
典型電路是C5、C6、C10、C11＝50μF，R9、R18＝510Ω，R8、R20＝20KΩ，反饋電阻R11、R21＝5.1MΩ。
音響電路由三極管BG10、BG11、BG12、BG13，微型耳機及有關(guān)電阻器和電容器組成。在高檔時，放大電路3輸出端61的電壓高于4.7V或低于3.3V時音響顯示。在低檔時放大電路3輸出端61的電壓低于3.3V時音響顯示。
圖6中A2組成的是集成穩(wěn)壓電源5G14的標準電路，其輸出端57的電壓為8V。三極管BG20、BG21，二極管D9、D10，電阻器R43、R44組成分壓電路，其輸出端3輸出4V的電壓，為電路提供中值電源4V。輸出端3電壓高低可以通過調(diào)整電阻器R43、R44的阻值比來實現(xiàn)。三極管BG20、BG21組成了一個推挽輸出電路，是一個雙向射極輸出器。當基極電壓不變時，可輸出大的電流，但輸出電壓變化不大。BG20和BG21的基極之間串接兩個二極管D9和D10基極和集電極之間各接有一個電阻R43和R44，此分壓電路特點是適于低電壓分壓，功耗小，穩(wěn)壓效果好。
典型的該電路R43、R44＝3KΩ，BG20為3CC21，BG21為3DG6，放大倍數(shù)β在150－200之間。
權(quán)利要求
1.一種磁探測器，包括兩個具有傳感線圈、激磁線圈和反饋線圈的探頭，一個單向脈沖電路、反饋電路、放大電路、電源電路和音響電路，整個電路的第一級放大器的輸入信號與兩探頭的傳感線圈軸線方向的外磁場成正比，輸出信號是磁場梯度信號，脈沖電路激勵屬于不同探頭的兩個相串聯(lián)的激磁線圈，其特征在于激勵兩個相串聯(lián)的激磁線圈的激勵電路是由一個單結(jié)晶體管組成的脈沖發(fā)生器完成的，單結(jié)晶體管的發(fā)射極和基極與串聯(lián)激磁線圈的兩端形成一個閉合回路，每個探頭的反饋線圈與激磁線圈是不同的兩個線圈，反饋線圈相串聯(lián)。
2.如權(quán)利要求
1所述的磁探測器，其特征在于兩探頭的傳感線圈的電壓各自經(jīng)過檢波整流出與外磁場有關(guān)的電壓信號。
3.如權(quán)利要求
1所述的磁探測器，其特征在于一個探頭的反饋線圈與一可變電阻器并聯(lián)。
4.如權(quán)利要求
1、2或3所述的磁探測器，其特征在于其中的兩個放大電路各自的輸入端和輸出端之間有回零開關(guān)，這兩放大電路各自與它們的前極放大電路之間接有兩個電容器。
5.如權(quán)利要求
4所述的磁探測器，其特征在于上述兩個放大電路中的后級放大電路還設(shè)有靈敏度高低檔開關(guān)，高低檔開關(guān)的一組觸頭接在與此放大電路輸入端相接的場效應(yīng)管的柵極和放大電路的輸出端之間，高低檔開關(guān)的另一組觸頭接在放大電路的輸出端與音響電路的輸入端之間。
6.如權(quán)利要求
1、2或3所述的磁探測器，其特征在于穩(wěn)壓電源電路的分壓電路是一個雙向射極輸出器，兩個三極管的基極之間串聯(lián)有兩個二極管。
專利摘要
一種采用磁梯度原理探測地下磁性物體的準確位置的磁探測器，特別適用于農(nóng)業(yè)動態(tài)監(jiān)測體系中磁標的探測。包括兩個具有傳感線圈、激磁線圈和反饋線圈的探頭，一個單向脈沖電路、反饋電路、放大電路、電源電路和音響電路。其特征在于激勵兩個相串聯(lián)的激磁線圈的激勵電路是由一個單結(jié)晶體管組成的脈沖發(fā)生器完成的，兩探頭傳感線圈的電壓各自經(jīng)過檢波整流出與外磁場有關(guān)的電壓信號，并作為第一級運算放大器的輸入信號。
文檔編號G01V3/10GK86209010SQ86209010
公開日1987年12月5日 申請日期1986年11月8日
發(fā)明者肖雷忠, 黃平生, 宋尚福 申請人:國營汾西機器廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan