[发明专利]非晶合金弱磁场传感器

说明书

技术领域

本发明属于弱磁场测量技术领域，具体涉及一种基于非晶合金的弱磁场传感器。

背景技术

磁场测量在生产科研各领域是一个重要问题，现在很多的新技术和新材料都应用到磁场测量的装置上。最常用的磁场传感器有霍尔(Hall)传感器，磁通门传感器，振动或转动线圈等，但在弱磁场测量中，这些传感器都有一定的缺陷。霍尔器件输出信号变化小，测量磁场时还有一定的磁场方向各向异性，适用于中强磁场测量；磁通门和检测线圈测磁场，线圈的绕制要求特别精确，而且对信号处理要求较高；而且上述传感器的电路太过复杂，成本较高。

与本发明相近的现有技术是刊登在《Sensors and Actuators A 59(1997)1-8》上的题目为“Rencent advances of micro magnetic sensors and sensingapplication”的文章。公开的传感器由退火的CoFeSiB或CoSiB或CoFeMoSiB等材料的非晶丝(带)或以绕在该非晶丝(带)上的线圈为电感元件的双稳态振荡电路、整流电路、放大电路等构成。

背景技术的多谐振荡电路如图1所示。图1中供电电源为直流正5V，1、2为在非晶带上缠绕的线圈，5、6为耦合电阻，7、8为耦合电容，9、10为开关三极管，11、12为平滑电容，13、14为负载电阻，15为调零电阻。此电路可通过对a、b两端电压量(图中a、b已标出)的测量来测量-1Oe～+1Oe范围内的弱磁场，因此这个电路被广泛引用于科技文献和应用于磁场测量器件中。

具体工作方式是：接通+5V供电电源时，由于多谐振荡桥路中各对称元件(线圈、三极管、电阻、电容等元件)的参数不可能完全相等，使开关管9、10不可能同时导通，设开关管9首先导通，而10保持截止，则一路由+5V电源通过线圈2，耦合电阻6与耦合电容8，开关管9，再由负载电阻13到地形成电流通路，另一路则由线圈1，经开关管9集电极，开关管9发射极，负载电阻13到地。线圈电流随时间增加(线圈是以电感形式存在的，所以在其上的电流不能发生突变，即电源电压加载后线圈上的电流时随时间逐渐增加的)，与开关管9基极及发射极相连的电容8和电容11被充电，当磁芯磁通达到饱和时，开关管9截止而开关管10导通，与开关管9基极及发射极相连的电容8和电容11通过与其相并联的电阻迅速放电，线圈2中的磁场能量也被放掉，同时线圈1及与开关管10基极相连的电容7被充电，当磁芯反向达到饱和时，开关管10又截止，开关管9又开始导通，此后重复出现上述过程，开关管9与开关管10交替导通与截止，从而形成一定频率的振荡。

当有外加磁场时，非晶软磁条带在磁场作用下，其阻抗值会产生较大变化，而且由于此非晶软磁条带充当了缠绕在此条带上的线圈的磁芯，这样缠绕在此条带上的线圈的电感量就会随之产生较大改变，从而导致了电路振荡频率发生较大变化。

发明内容

本发明的目的是提供一种非晶合金弱磁场传感器，其能够很好的解决-1Oe～+1Oe范围内的微弱磁场的测量问题，而且本发明与背景技术中传统的多谐振荡磁传感器相比，通过测量频率来进行磁场测量方法能够获得比背景技术中所指出的利用电压进行磁场测量的方法具有更高的精度和灵敏度。

本发明的非晶合金弱磁场传感器由探头48、双稳态振荡电路49、频率测量电路50组成，如图2、图3所示。

作为本发明的进一步改进，在双稳态振荡电路49的电压输出端Eout1、Eout2还接有由滤波电路33、差动放大电路34和电压电流转换(V/I)电路35组成的反馈电路，其将两路电压信号经滤波、差动放大后转换为直流电流信号，如图5所示。

图2为探头48结构示意图，其由缠绕在非晶合金条带4上的磁场信号采集线圈1、2和反馈线圈3组成，线圈1、2、3并排紧密绕制且没有叠线；非晶合金条带4既作为线圈1、2、3的磁芯，又同时作为外加磁场的感应元件，A端为磁场信号采集线圈1、2的公共端，B端为线圈2与后面的双稳态振荡电路49的连接端，C端为线圈1与后面的双稳态振荡电路49的连接端，D端为反馈线圈3的接地端，E端为反馈线圈3的反馈信号输入端，该反馈信号是由反馈电路产生的直流电流信号。

采集线圈和反馈线圈1、2、3的匝数为150～500匝，条带由Co基或Fe基非晶带等具有较好软磁性能的材料构成，一般为长60mm～100mm，宽1mm～3mm，厚20μm～40。