基于非晶絲多芯式正交磁通門傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種弱磁場檢測裝置，尤其涉及一種利用非晶絲磁敏材料作為磁芯的正交磁通門效應磁傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]磁通門傳感器的工作原理是基于磁芯材料的非線性磁化效應，其通常分為平行磁通門傳感器和正交磁通門傳感器。二者在交變激勵信號的磁化作用下，磁芯的導磁特性發(fā)生周期性飽和與非飽和變化，使得纏繞在磁芯上的感應線圈感應輸出與外磁場成正比的調(diào)制信號，通過特定檢測裝置的檢測，最終提取出被測外磁場信息。
[0003]正交磁通門傳感器產(chǎn)生于上世紀四十年代，在二十世紀七十年代正交磁通門技術(shù)迅速發(fā)展，由于其噪聲等關(guān)鍵性指標不及平行磁通門傳感器，隨后被遺忘了二十多年。近年來，隨著新材料和新技術(shù)的應用，同時，軟磁材料制備技術(shù)和集成電路工藝的日益成熟，正交磁通門傳感器又重新獲得關(guān)注，其研宄也日益活躍。正交磁通門傳感器未來的發(fā)展趨勢是向著低噪聲、高分辨率、大動態(tài)范圍，小型化、低成本、新磁芯材料的方向發(fā)展。
[0004]非晶磁性材料是杜韋斯(Duwes)上世紀六十年代用液體淬火法率先合成的，如今這種敏感功能材料已在傳感器中得到日益廣泛的應用，而且展望未來，還可用于更大的發(fā)展空間。非晶磁性材料具有下列特性:1.具有高導磁率，損耗小。即旋轉(zhuǎn)磁化容易，各向磁場敏感度高，因此，可用來構(gòu)成高靈敏度磁場計或磁通量傳感器；2.具有高電阻率，是坡莫合金的幾倍。因此，即使是高頻率范圍內(nèi)也可得到較小的渦流損耗和極好的磁特性；3.不存在晶粒邊界、位錯等晶體材料固有的缺陷，機械強度高，抗化學性強；4.直到居里溫度(約200K-500K)，其組合成分均可隨意確定。其中，Co基非晶絲因其優(yōu)異的軟磁特性，作為磁敏材料得到廣泛應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型旨在提供一種基于非晶絲磁敏材料作為磁芯設(shè)計的多芯式正交磁通門傳感器，以提高模擬信號處理電路的信噪比，達到對被測磁場準確檢測和捕捉的目的。
[0006]非晶絲磁敏材料最顯著的特性為巨磁阻抗效應，即在高頻激勵信號作用于近零磁致伸縮系數(shù)的非晶絲兩端，其內(nèi)部的疇壁位移和磁疇轉(zhuǎn)動引起磁導率發(fā)生改變，阻抗Z會沿絲軸方向施加的外磁場發(fā)生巨大變化，導致非晶絲兩端的電壓值隨之發(fā)生變化，通過信號處理電路就可得到電壓值隨外磁場的變化值。而本實用新型采用真空熔體抽拉設(shè)備冷拔并經(jīng)退火處理的Co基非晶絲作為磁芯材料，利用多芯式磁通門效應設(shè)計的磁傳感器，即非晶絲磁芯隨高頻激勵磁場的變化周期性地達到深度飽和，磁芯磁通量的變化引起磁芯磁導率周期性變化，從而引起外圍感應線圈產(chǎn)生與外磁場成比例的調(diào)制信號，通過模擬信號處理電路中的電壓值反映出磁場的變化情況，達到對被測磁場檢測和捕捉的目的。
[0007]本實用新型是通過以下技術(shù)來實現(xiàn)的:
[0008]一種基于非晶絲多芯式正交磁通門傳感器，包括Co基非晶絲多芯式磁芯、感應線圈、偏置線圈以及模擬信號處理單元。
[0009]Co基非晶絲多芯式磁芯包括三根呈“V”字形排列的性能一致的Co基非晶絲、PCB電路板以及套在三根Co基非晶絲外的絕緣陶瓷管。
[0010]三根Co基非晶絲長度相同、性能一致，并且呈緊密平行排列，為了獲得更加緊湊的結(jié)構(gòu)，三根非晶絲中的兩根在同一個平面內(nèi)平行排列，第三根置于前兩根非晶絲的下方中間位置，形成“V”字形排列結(jié)構(gòu)。經(jīng)試驗證明，“V”字形多芯式磁芯結(jié)構(gòu)能有效增加磁芯材料的磁通門效應，提高傳感器的信噪比和靈敏度。由于非晶絲材料的釬料濕潤性能差及自身尺寸較小，為防止高溫焊接影響非晶絲的磁疇結(jié)構(gòu)，本實用新型利用導電膠將Co基非晶絲兩端分別接入到PCB電路板的兩個焊點上，從而構(gòu)成多芯式磁芯的主要部分。
[0011]感應線圈和偏置線圈分別獨立纏繞在絕緣陶瓷管上。
[0012]模擬信號處理單元包括高頻激勵信號發(fā)生電路、可變電阻的電位器、移相器、偏置電路以及與感應線圈兩端順序電連接的前置低噪聲放大器、鎖相放大電路、二階低通濾波器和后置放大器。偏置電路連接在偏置線圈上。移相器連接在高頻激勵信號發(fā)生電路與鎖相放大器之間。
[0013]高頻激勵信號發(fā)生電路的一端直接接入到Co基非晶絲多芯式磁芯的一端，為了調(diào)節(jié)激勵電流的幅度，高頻激勵信號發(fā)生電路的另一端通過可變電阻的電位器接入到Co基非晶絲多芯式磁芯的另一端。
[0014]Co基非晶絲的直徑為lOOum，長度為30mm。
[0015]由于磁傳感器的感應線圈輸出的感應信號存在一定的噪聲，只有在有效地抑制噪聲的條件下放大微弱信號的幅度，才能提取出有用的信號。本實用新型的模擬信號處理單元首先利用前置低噪聲放大器對感應線圈輸出電壓進行放大，再通過鎖相放大電路檢測出其峰值大小，再經(jīng)二階低通濾波器實現(xiàn)平滑處理，最終經(jīng)后置放大器將信號放大后輸出，從而得到隨外界磁場變化的電壓值。鎖相放大電路是利用互相關(guān)原理設(shè)計的一種同步相關(guān)檢測，其利用參考信號與被測信號的互相關(guān)特性，從而提取出與參考信號同頻率和同相位的被測信號。
[0016]本實用新型所述的基于非晶絲多芯式正交磁通門傳感器的有益效果包括:
[0017]1、采用真空熔體抽拉設(shè)備冷拔并經(jīng)退火處理的Co基非晶絲作為磁敏材料，具有零磁滯伸縮系數(shù)、超軟磁性能。
[0018]2、三根性能一致的Co基非晶絲采用“V”字形緊湊排列結(jié)構(gòu)，可有效增加磁芯材料的磁通門效應，提高傳感器的信噪比和靈敏度。
[0019]3、連接在絕緣陶瓷管外偏置線圈上的偏置電路，可對磁敏材料非晶絲的線性工作點進行調(diào)節(jié)，使傳感器處于線性工作區(qū)，并且獲得了較高的靈敏度。
[0020]4、鎖相放大電路結(jié)合移相器對前置低噪聲放大器拾取的微弱信號進行放大后的調(diào)制和解調(diào)，可獲得更高的信噪比信號，大大提高了信號處理的可靠性和穩(wěn)定性。
[0021]5、Co基非晶絲多芯式磁芯結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、合理，模擬信號處理單元性能優(yōu)異，處理后的探測信號靈敏度高、頻帶寬、穩(wěn)定性好，適合對弱磁場信息的捕捉和監(jiān)測。
【附圖說明】
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