專利名稱：磁通門傳感器激勵電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種激勵電路，特別涉及磁通門傳感器激勵電路。
背景技術：
剩磁誤差是磁傳感器受到較強磁場干擾后，因磁性材料的剩磁變化產(chǎn)生的附加誤差。與 其他磁傳感器相比，磁通門傳感器的剩磁誤差較小，但在高要求場合必須進一步降低剩磁誤 差。提高激勵電流可以有效降低磁通門傳感器的剩磁誤差，但也造成了功耗大的問題。
文獻l"Pulse Excitation of Micro-Fluxgate Sensors, IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL, 37, NO. 4, JULY 2001 1988-2000"公開了一種采用窄脈沖激勵方法，可以在功耗不大的情況下獲得 足夠的激勵電流幅值，從而有效降剩磁誤差，但該方法在相同條件下使磁通門的靈敏度降低， 且輸出信號中高次諧波較多，給信號提取帶來困難。
參照圖5，文獻2 "Switching-mode fluxgate, TRANSDUCERS '03. 12th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems, 2003, Vol. 2, ppl283 - 1286"禾口文獻3 "Excitation efficiency of fluxgate sensors, Sensors and Actuators A 129, 2006, pp75—79,"公開了 一禾中激勵端調諧的方 法減小磁通門剩磁誤差。其激勵信號是用開關電路產(chǎn)生的方波信號，在信號輸出端1和磁通 門3的激勵輸入端2之間串聯(lián)一個調諧電容Cr。利用磁通門激勵線圈電感在鐵芯飽和后減小 的特性，通過調節(jié)串聯(lián)電容Cr使其與鐵芯飽和后的磁通門激勵線圈諧振，獲得一種在峰值處 帶有窄脈沖的正弦波激勵電流信號。該方法經(jīng)適當?shù)恼{諧后，在經(jīng)歷磁場強度為5mT的沖擊 后，剩磁可誤差達到lnT，消耗功率為50mW。這種方法必須仔細調節(jié)串聯(lián)電容的數(shù)值使其在激 勵頻率處與激勵線圈電感產(chǎn)生諧振。當環(huán)境溫度發(fā)生變化時，并聯(lián)電容數(shù)值的變化和激勵線 圈電感的變化有可能偏離或破壞這種諧振狀態(tài)。在諧振狀態(tài)，激勵電流的峰值(即尖脈沖的 峰值)和激勵電流的有效值調節(jié)很不方便。

發(fā)明內容
為了克服現(xiàn)有技術諧振調節(jié)困難的不足，本發(fā)明提供一種磁通門傳感器激勵電路，采用 電子線路分別對方波信號進行積分和微分獲得三角波和尖脈沖信號，再將他們相加獲得一 種在峰值處帶有尖脈沖的三角波電壓信號作為磁通門的激勵信號。它的輸出波形是靠電路 功能保證的，不用調節(jié)諧振，因而受溫度影響小，且能方便調節(jié)激勵電流峰值與有效值。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是 一種磁通門傳感器激勵電路，其特點是 電阻R卜電容d與運算放大器Ai連接成反相積分器，電阻R2、電阻Rs、電容C2與運算放 大器A2連接成反相微分器，電阻Rs、電阻R7和運算放大器As連接成反相放大器，電阻R3、電阻R4、可調電阻W！和運算放大器A3連接成加法器，積分器和微分器的輸入端連接在一起， 并與輸入的方波信號端相連接，積分器的輸出與加法器的一個輸入端R3連接；微分器的輸出 端與反相放大器的輸入端相連，反相放大器的輸出端與加法器的另一個輸入端Wi連接，加 法器的輸出端與磁通門的輸入端之間連接電容Cp。
一種磁通門傳感器激勵電路，其特點是電阻R!、電容C,和運算放大器A,連接成反相
積分器，電阻R2、電阻R8、電容C2和運算放大器A2連接成反相微分器，電阻R3、電阻R4、
可調電阻W,和運算放大器A3連接成加法器，積分器輸入端與輸入的方波信號端相連接，輸 入的方波信號端經(jīng)反相器Ni與反相微分器的輸入端相連，積分器的輸出與加法器的一個輸入 端R3連接；微分器的輸出與加法器的另一個輸入端W!連接，加法器的輸出端與磁通門的輸 入端之間連接電容Cp。
一種磁通門傳感器激勵電路，其特點是電阻R!、電容Q和運算放大器Ai連接成反相 積分器，電阻R2、電容C2和運算放大器A2連接成同相微分器，積分器和微分器的輸入端連
接在一起，并與輸入的方波信號端相連接，電阻R3、電阻R4、可調電阻W！和運算放大器 A3連接成加法器，積分器的輸出與加法器的一個輸入端R3連接；微分器的輸出與加法器的另 一個輸入端Wi連接，加法器的輸出端與磁通門的輸入端之間連接電容Cp。
一種磁通門傳感器激勵電路，其特點是電阻R9的一端與輸入的方波信號端相連接，另 一端與運算放大器A4的反相端連接，電容C3的一端與運算放大器A4的反相端連接，另一端 與運算放大器A4的輸出端連接，組成積分部分電路，電容C4的一端與輸入的方波信號端相
連接，另一端與運算放大器A4的同相端連接，電阻R1G的一端與運算放大器A4的同相端連
接，另一端接地，組成微分部分電路，運算放大器A4的輸出端與磁通門的輸入端之間連接電
容Cp。
本發(fā)明的有益效果是由于采用積分、微分和相加的方法產(chǎn)生在三角波峰值處帶有尖脈 沖的信號作為磁通門的激勵信號。它的輸出波形是靠電路功能保證的，不用調節(jié)諧振，因 而受溫度影響小，且能方便調節(jié)激勵電流峰值與有效值。本發(fā)明在經(jīng)歷磁場強度為10mT的 沖擊后，剩磁可誤差達到0.5nT，消耗功率為42raW。與背景技術對比，本發(fā)明在不進行調諧 的情況下，干擾磁場增大了一倍，剩磁誤差減小了一半，功耗降低了8mW。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作詳細說明。


圖1是實施例1的電路圖。
圖2是實施例2的電路圖。
圖3是實施例3的電路圖。圖4是實施例4的電路圖。 圖5是背景技術的電路圖。
圖中，l-方波信號，2-磁通門激勵輸入端，3-磁通門，4-激勵電路輸出端。
具體實施例方式
實施例l:含反相微分器和反相放大器的磁通門傳感器激勵電路。參照圖l.
(1) 電阻R卜電容Q和運算放大器A,連接成反相積分器；
(2) 電阻R2、電阻Rs、電容C2和運算放大器A2連接成反相微分器；
(3) 電阻116、電阻R7和運算放大器A5連接成反相放大器；
(4) 電阻R3、電阻R4、可調電阻W,和運算放大器A3連接成加法器，運算放大器A3
具有功率驅動能力，可不失真地輸出本實施例電路產(chǎn)生的激勵電壓和激勵電流；
(5) 積分器和微分器的輸入端連接在一起，并與輸入的方波信號1端相連接；
(6) 積分器的輸出與加法器的一個輸入端R3連接；微分器的輸出端與反相放大器的輸 入端相連；反相放大器的輸出端與加法器的另一個輸入端W,連接；
(7) 電阻R卜電容d、電阻R3和電阻R4的數(shù)值由磁通門的激勵頻率，所需激勵電壓 三角波部分的峰峰值和輸入方波信號的峰峰值確定。所需激勵電壓三角波部分的峰峰值Vp-p 與電阻R,、電容Q、電阻R3和電阻R4、激勵頻率f和輸入方波的峰峰值E之間的關系為
p_p4 R3 7 當激勵頻率為3kHz，輸入方波的峰峰值為5V，所需激勵電壓三角波部分的峰峰值Vp-p為 1.25V時，電阻R4為lOkQ、電容d為33nF，電阻R3和電阻R4均為10 kQ 。電阻R卜電 容d、電阻R3和電阻R4的數(shù)值也可以是滿足上述關系的其他組合；
(8) 激勵頻率f由所使用的磁通門的要求確定，激勵電壓三角波部分的峰峰值Vp-p大 于使磁通門鐵芯飽和的最小激勵電壓峰峰值。本實施例中激勵頻率f為3kHz，激勵電壓三角 波部分的峰峰值Vp-p為1.25V;
(9) 積分器的時間常數(shù)Ti (電阻R,和電容Q的乘積)大于微分器的時間常數(shù)T2 (電
阻R2和電容C2的乘積)，根據(jù)對尖脈沖的寬度和幅度要求，^是T2的2至200倍；本實施 例中，R!為10kQ、電容C!為33nF時，R2為5kQ、電阻Rs為5kQ、電容C2為470pF;
(10) 可變電阻W,的可變范圍為0至電阻R4的10倍。
(11) 在加法器的輸出端4與磁通門3的輸入端2之間連接電容Cp，其數(shù)值大于10uF， 本實施例中取電容Cp的值為100 uF。本實施例采用積分、微分和相加的方法產(chǎn)生在三角波峰值處帶有尖脈沖的信號作為磁 通門的激勵信號。與背景技術對比，本實施例在不進行調諧的情況下，干擾磁場增大了一 倍，剩磁誤差減小了一半，功耗降低了8mW。
實施例2:含反相器和反相微分器的磁通門傳感器激勵電路。參照圖2。
(1) 電阻R卜電容d和運算放大器A,連接成反相積分器；
(2) 電阻R2、電阻R8、電容C2和運算放大器A2連接成反相微分器；
(3) 電阻R3、電阻R4、可調電阻W,和運算放大器A3連接成加法器，運算放大器八3
具有功率驅動能力，可不失真地輸出本實施例電路產(chǎn)生的激勵電壓和激勵電流；
(4) 積分器輸入端與輸入的方波信號1端相連接；
(5) 輸入的方波信號1端經(jīng)反相器N!與反相微分器的輸入端相連；
(6) 積分器的輸出與加法器的一個輸入端R3連接；微分器的輸出與加法器的另一個輸 入端Wi連接；
(7) 電阻R卜電容d、電阻R3和電阻R4的數(shù)值由磁通門的激勵頻率，所需激勵電壓 三角波部分的峰峰值和輸入方波的峰峰值確定。所需激勵電壓三角波部分的峰峰值Vp-p與電 阻Ri、電容C!、電阻R3和電阻R4、激勵頻率f和輸入方波的峰峰值E之間的關系為
<formula>formula see original document page 6</formula>
當激勵頻率為3kHz，輸入方波的峰峰值為5V，所需激勵電壓三角波部分的峰峰值Vp-p為 1.25V時，電阻Ri為10kQ、電容d為33nF，電阻&和電阻R4均為10 kQ 。電阻&、電 容d、電阻R3和電阻R4的數(shù)值也可以是滿足上述關系的其他組合；
(8) 激勵頻率f由所使用的磁通門的要求確定，激勵電壓三角波部分的峰峰值Vp-p大 于使磁通門鐵芯飽和的最小激勵電壓峰峰值。本實施例中激勵頻率f為3kHz，激勵電壓三角 波部分的峰峰值Vp-p為1.25V;
(9) 積分器的時間常數(shù)^ (電阻R4和電容d的乘積)大于微分器的時間常數(shù)T2 (電
阻R2和電容C2的乘積)，根據(jù)對尖脈沖的寬度和幅度要求，^是T2的2至200倍；本實施 例中，R!為10kQ、電容d為33nF時，R2為5kQ、電阻Rg為5kQ、電容C2為470pF;
(10) 可變電阻W!的可變范圍為0至電阻R4的10倍。
(11) 在加法器的輸出端4與磁通門3的輸入端2之間連接電容Cp，其數(shù)值大于10uF， 本實施例中取電容Cp的值為100 uF。
本實施例采用積分、微分和相加的方法產(chǎn)生在三角波峰值處帶有尖脈沖的信號作為磁通門的激勵信號。與背景技術對比，本實施例在不進行調諧的情況下，干擾磁場增大了一 倍，剩磁誤差減小了一半，功耗降低了 8mW。與實施例1的不同在于去掉了微分器后面 的反相放大器，采用開關電路中的反相器獲得正確極性，該反相器可包含在輸入方波信號 的產(chǎn)生電路中。
實施例3:含同相微分器的磁通門傳感器激勵電路。參照圖3
(1) 電阻Ri、電容d和運算放大器A,連接成反相積分器；
(2) 電阻R2、電容C2和運算放大器A2連接成同相微分器；
(3) 積分器和微分器的輸入端連接在一起，并與輸入的方波信號1端相連接；
(4) 電阻R3、電阻R4、可調電阻W^和運算放大器A3連接成加法器，運算放大器A3
具有功率驅動能力，可不失真地輸出本實施例電路產(chǎn)生的激勵電壓和激勵電流；
(5) 積分器的輸出與加法器的一個輸入端R3連接；微分器的輸出與加法器的另一個輸 入端Wi連接；
(6) 電阻Ri、電容d、電阻R3和電阻R4的數(shù)值由磁通門的激勵頻率，所需激勵電壓 三角波部分的峰峰值和輸入方波的峰峰值確定。所需激勵電壓三角波部分的峰峰值Vp-p與電 阻R,、電容C,、電阻R3和電阻R4、激勵頻率f和輸入方波的峰峰值E之間的關系為
p-p4 R3 R,C! 7 當激勵頻率為3kHz，輸入方波的峰峰值為5V，所需激勵電壓三角波部分的峰峰值Vp-p為 1.25V時，本實施例中，電阻R!為10kQ、電容C為33nF，電阻113和電阻R4均為10 kQ 。 電阻Ri、電容d、電阻R3和電阻R4的數(shù)值也可以是滿足上述關系的其他組合；
(7) 激勵頻率f由所使用的磁通門的要求確定，激勵電壓三角波部分的峰峰值Vp-p大 于使磁通門鐵芯飽和的最小激勵電壓峰峰值；本實施例中激勵頻率f為3kHz，激勵電壓三角 波部分的峰峰值Vp-p為1.25V;
(8) 積分器的時間常數(shù)、(電阻R!和電容d的乘積)大于微分器的時間常數(shù)、(電
阻R2和電容C2的乘積)，根據(jù)對尖脈沖的寬度和幅度要求，^是T2的2至200倍；本實施 例中，R4為10kQ、電容d為33nF時，R2為5kQ、電容C2為470pF;
(9) 可變電阻W,的可變范圍為0至電阻R4的10倍。
(10) 在加法器的輸出端4與磁通門3的輸入端2之間連接電容Cp，其數(shù)值大于10uF， 本實施例中取電容Cp的值為100 uF。
本實施例采用積分、微分和相加的方法產(chǎn)生在三角波峰值處帶有尖脈沖的信號作為磁通門的激勵信號。與背景技術對比，本實施例在不進行調諧的情況下，干擾磁場增大了一 倍，剩磁誤差減小了一半，功耗降低了8mW。與實施例1的不同在于去掉了反相放大器， 反相積分器改為同相積分器，使電路更簡單。與實施例2的不同在于去掉了反相器，反相 積分器改為同相積分器，使電路更簡單。
實施例4:單運算放大器的磁通門傳感器激勵電路。參照圖4。
(1) 電阻R9的一端與輸入的方波信號1端相連接，另一端與運算放大器A4的反相端連 接，電容C3的一端與運算放大器A4的反相端連接，另一端與運算放大器A4的輸出端連接，
組成積分部分電路；
(2) 電容Q的一端與輸入的方波信號1端相連接，另一端與運算放大器A4的同相端連 接，電阻RU)的一端與運算放大器A4的同相端連接，另一端接地，組成微分部分電路；
(3) 運算放大器A4具有功率驅動能力，可不失真地輸出本實施例電路產(chǎn)生的激勵電壓 和激勵電流；
(4) 電阻R9和電容C3的數(shù)值由磁通門的激勵頻率，所需激勵電壓三角波部分的峰峰值 和輸入方波的峰峰值確定。所需激勵電壓三角波部分的峰峰值Vp-p與電阻R9、電容Cs、激
勵頻率f和輸入方波的峰峰值E之間的關系為
v =且丄.丄 p一p4 R5C3 f
當激勵頻率為3kHz，輸入方波的峰峰值為5V，所需激勵電壓三角波部分的峰峰值Vp-p為 1.25V時，電阻R9為10kQ、電容C3為33nF;電阻R9、電容C3的數(shù)值也可以是滿足上述關 系的其他組合；
(5) 激勵頻率f由所使用的磁通門的要求確定，激勵電壓三角波部分的峰峰值Vp-p大 于使磁通門鐵芯飽和的最小激勵電壓峰峰值，本實施例中激勵頻率f為3kHz，激勵電壓三角 波部分的峰峰值Vp-p為1.25V;
(6) 積分時間常數(shù)13 (電阻R9和電容C3的乘積)大于微分時間常數(shù)^ (電阻Rn)和
電容C4的乘積)；根據(jù)對尖脈沖的寬度和幅度要求，13是1:4的2至200倍；本實施例中，電 阻Ro為10kQ、電容C3為33nF時，Ru)為25kQ、電容C4為510pF;
(7) 在運算放大器A4的輸出端4與磁通門3的輸入端2之間連接電容Cp，其數(shù)值大于 10uF,本實施例中取電容Cp的值為100 uF。
本實施例采用積分、微分和相加的方法產(chǎn)生在三角波峰值處帶有尖脈沖的信號作為磁 通門的激勵信號。與背景技術對比，本發(fā)明在不進行調諧的情況下，干擾磁場增大了一倍，剩磁誤差減小了一半，功耗降低了 8mW。與實施例1、實施例2和實施例3的不同在于僅 采用一個運算放大器、兩個電阻和兩個電容實現(xiàn)了積分、微分和相加功能，最大限度地減 少了電路使用的元件數(shù)目。
權利要求
1、一種磁通門傳感器激勵電路，其特征在于電阻R1、電容C1與運算放大器A1連接成反相積分器，電阻R2、電阻R5、電容C2與運算放大器A2連接成反相微分器，電阻R6、電阻R7和運算放大器A5連接成反相放大器，電阻R3、電阻R4、可調電阻W1和運算放大器A3連接成加法器，積分器和微分器的輸入端連接在一起，并與輸入的方波信號端相連接，積分器的輸出與加法器的一個輸入端R3連接；微分器的輸出端與反相放大器的輸入端相連，反相放大器的輸出端與加法器的另一個輸入端W1連接，加法器的輸出端與磁通門的輸入端之間連接電容Cp。
2、 一種磁通門傳感器激勵電路，其特征在于電阻R卜電容d和運算放大器Ai連接成 反相積分器，電阻R2、電阻R8、電容C2和運算放大器A2連接成反相微分器，電阻R3、電阻R4、可調電阻Wi和運算放大器A3連接成加法器，積分器輸入端與輸入的方波信號端相連接， 輸入的方波信號端經(jīng)反相器N,與反相微分器的輸入端相連，積分器的輸出與加法器的一個輸 入端R3連接；微分器的輸出與加法器的另一個輸入端W!連接，加法器的輸出端與磁通門的 輸入端之間連接電容Cp。
3、 一種磁通門傳感器激勵電路，其特征在于電阻R^電容d和運算放大器A!連接成反相積分器，電阻R2、電容C2和運算放大器A2連接成同相微分器，積分器和微分器的輸入端連接在一起，并與輸入的方波信號端相連接，電阻R3、電阻R4、可調電阻Wi和運算放大 器A3連接成加法器，積分器的輸出與加法器的一個輸入端R3連接；微分器的輸出與加法器 的另一個輸入端Wi連接，加法器的輸出端與磁通門的輸入端之間連接電容Cp。
4、 一種磁通門傳感器激勵電路，其特征在于電阻R9的一端與輸入的方波信號端相連接，另一端與運算放大器A4的反相端連接，電容C3的一端與運算放大器A4的反相端連接，另一端與運算放大器A4的輸出端連接，組成積分部分電路，電容C4的一端與輸入的方波信號端相連接，另一端與運算放大器A4的同相端連接，電阻R1Q的一端與運算放大器A4的同 相端連接，另一端接地，組成微分部分電路，運算放大器A4的輸出端與磁通門的輸入端之間連接電容Cp。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁通門傳感器激勵電路，其特點是采用積分、微分和相加的方法把方波信號轉換成在峰值處帶有尖脈沖的三角波電流信號作為磁通門的激勵信號。該電路的一種形式是由一個積分器、一個微分器和一個加法器組成；另一種形式是由一個運算放大器、兩個電阻和兩個電容組成。第一種形式中的微分電路有同相微分器、反相器加反相微分器和反相微分器加反相放大器三種形式。該電路可以用于產(chǎn)生磁通門傳感器的激勵信號，在低功耗條件下降低磁通門的剩磁誤差，且不需要激勵電路工作在調諧狀態(tài)。本發(fā)明的有益效果是，在經(jīng)歷磁場強度為10mT的沖擊后，剩磁誤差可達到0.5nT，消耗功率為42mW。
文檔編號H03K5/02GK101604966SQ20091002329
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月10日 優(yōu)先權日2009年7月10日
發(fā)明者劉詩斌, 崔智軍 申請人:西北工業(yè)大學