一種三軸去耦自調(diào)零磁通門磁強(qiáng)計(jì)零點(diǎn)測(cè)量電路制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種三軸去耦自調(diào)零磁通門磁強(qiáng)計(jì)零點(diǎn)測(cè)量電路，采用低功耗溫控晶振構(gòu)成的雙極性間歇脈沖激勵(lì)單元對(duì)鐵芯進(jìn)行激勵(lì)；采用溫控晶振穩(wěn)定工作頻率，采用雙極性激勵(lì)方式使鐵芯實(shí)時(shí)退磁，采用間歇脈沖電壓激勵(lì)波形大幅度降低功耗；通過低阻開關(guān)控制恒壓源對(duì)鐵芯激勵(lì)，大幅度提高激勵(lì)單元的能量利用效率；本發(fā)明專利技術(shù)提供的這種磁強(qiáng)計(jì)零點(diǎn)測(cè)量電路對(duì)三軸磁探頭采用弱耦合方式安裝，通過優(yōu)化三軸磁探頭的相對(duì)位置，降低三軸耦合誤差，采用零點(diǎn)自動(dòng)測(cè)量電路，可以編程控制對(duì)電路零點(diǎn)的在線檢測(cè)，可用于磁場(chǎng)測(cè)量和磁性物體探測(cè)領(lǐng)域。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于磁場(chǎng)測(cè)量或磁強(qiáng)計(jì)
，更具體地，涉及一種三軸去耦自調(diào)零磁通門磁強(qiáng)計(jì)零點(diǎn)測(cè)量電路。
技術(shù)介紹
磁通門磁強(qiáng)計(jì)是精密的磁場(chǎng)矢量測(cè)量?jī)x器，廣泛用于衛(wèi)星、地磁科學(xué)觀測(cè)、資源勘探、弱磁場(chǎng)測(cè)量、工業(yè)控制以及軍事應(yīng)用等領(lǐng)域。對(duì)磁通門磁強(qiáng)計(jì)的基本要求精度高、分辨率高、長(zhǎng)期工作零點(diǎn)穩(wěn)定性好、線性度好、攻耗低。但是，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的提高需要很高的代價(jià)，有些指標(biāo)互相制約，比如，為保持長(zhǎng)期工作零點(diǎn)穩(wěn)定性，目前常用雙鐵芯、環(huán)形或跑道形鐵芯結(jié)構(gòu)，并采用正弦電流過飽和激勵(lì)，典型分辨率為1.0nT，零點(diǎn)長(zhǎng)期漂移可以做到10nT以下，但由此帶來(lái)了很大的能耗，使功耗達(dá)幾瓦甚至幾十瓦以上，限制了磁通門磁強(qiáng)計(jì)在低功耗領(lǐng)域的應(yīng)用。在毫瓦量級(jí)低功耗應(yīng)用領(lǐng)域，目前常用的磁通門鐵芯結(jié)構(gòu)有單鐵芯、雙鐵芯、環(huán)形或跑道形鐵芯，通常采用脈沖電壓激勵(lì)方式。為了使磁強(qiáng)計(jì)功耗低至毫瓦量級(jí)，多采用脈沖寬度較窄的激勵(lì)波形；磁強(qiáng)計(jì)探頭鐵芯的工作狀態(tài)不穩(wěn)定，受時(shí)間和溫度影響很大，使得磁強(qiáng)計(jì)的輸出噪聲較大，電路零點(diǎn)的溫漂和時(shí)漂嚴(yán)重，目前毫瓦量級(jí)低功耗磁通門的分辨率為5～10nT，但長(zhǎng)期零點(diǎn)漂移在100nT以上，難以應(yīng)用于精密測(cè)量領(lǐng)域。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本專利技術(shù)提供了一種三軸去耦自調(diào)零磁通門磁強(qiáng)計(jì)零點(diǎn)測(cè)量電路，其目的在于在保持磁通門磁強(qiáng)計(jì)高分辨率、高穩(wěn)定性的同時(shí)，降低其檢測(cè)功耗。為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本專利技術(shù)的一個(gè)方面，提供了一種三軸去耦自調(diào)零磁通門磁強(qiáng)計(jì)零點(diǎn)測(cè)量電路，包括激勵(lì)單元、激勵(lì)線圈、信號(hào)線圈、反饋電路、零點(diǎn)測(cè)量控制電路、同步檢波控制電路、放大檢波積分電路和微處理單元；其中，激勵(lì)線圈纏繞在磁強(qiáng)計(jì)探頭鐵芯的一端，信號(hào)線圈與激勵(lì)線圈匹配，纏繞在磁強(qiáng)計(jì)探頭鐵芯的另一端；激勵(lì)線圈的一端連接激勵(lì)單元的第一輸出端，另一端接地；零點(diǎn)測(cè)量控制電路的第一輸入端和第二輸入端分別與信號(hào)線圈的兩端連接，第三輸入端與微處理單元的輸出端連接，第四輸入端與反饋電路的輸出端連接；放大檢波積分電路的第一輸入端與零點(diǎn)測(cè)量控制電路的輸出端連接，第二輸入端與同步檢波控制電路的輸出端連接；同步檢波控制電路的輸入端與激勵(lì)單元的第二輸出端連接；反饋電路的輸入端與放大檢波積分電路的輸出端連接；微處理單元的輸入端也與放大檢波積分電路的輸出端連接。優(yōu)選的，上述三軸去耦自調(diào)零磁通門磁強(qiáng)計(jì)零點(diǎn)測(cè)量電路，其激勵(lì)單元采用頻率穩(wěn)定的雙極性間歇脈沖電壓激勵(lì)電路。優(yōu)選的，上述三軸去耦自調(diào)零磁通門磁強(qiáng)計(jì)零點(diǎn)測(cè)量電路，其激勵(lì)單元包括方波信號(hào)發(fā)生單元、計(jì)數(shù)譯碼電路、第一儲(chǔ)能單元和第二儲(chǔ)能單元；其中，計(jì)數(shù)譯碼電路的輸入端與方波信號(hào)發(fā)生單元的輸出端連接；第一儲(chǔ)能單元的第一端與計(jì)數(shù)譯碼電路的第一輸出端連接，電源端用于連接外部恒壓源；第二儲(chǔ)能單元的第一端與計(jì)數(shù)譯碼電路的第二輸出端連接，第二端連接第一儲(chǔ)能單元的的第二端、第三端連接第一儲(chǔ)能單元的第三端、第四端接地、第五端連接激勵(lì)線圈；通過方波信號(hào)發(fā)生單元生成頻率與寬度穩(wěn)定的，正負(fù)對(duì)稱的間歇脈沖電壓波形；在該電壓波形與儲(chǔ)能單元的作用下，接通正負(fù)恒壓源對(duì)鐵芯進(jìn)行直接激勵(lì)；盡可能減小激勵(lì)回路其它部分的壓降損耗，使激勵(lì)電壓壓降絕大部分加在激勵(lì)線圈兩端，由此大幅度提高激勵(lì)單元的能量利用效率，進(jìn)而降低激勵(lì)攻耗，提高磁強(qiáng)計(jì)的零點(diǎn)穩(wěn)定性。優(yōu)選的，上述三軸去耦自調(diào)零磁通門磁強(qiáng)計(jì)零點(diǎn)測(cè)量電路，其方波信號(hào)發(fā)生單元采用溫控晶振，產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的方波信號(hào)，具有低功耗的特點(diǎn)。優(yōu)選的，上述低功耗三軸去耦自調(diào)零磁通門磁強(qiáng)計(jì)，其第一儲(chǔ)能單元包括第一低阻開關(guān)和第一二極管；其中，第一低阻開關(guān)的第一端作為第一儲(chǔ)能單元的第一端，用于連接計(jì)數(shù)譯碼電路的第一輸出端；第二端與第一二極管的第一端連接，其連接端作為第一儲(chǔ)能單元的電源端，用于連接外部恒壓源；第三端作為第一儲(chǔ)能單元的第二端；第一二極管的第二端則作為第一儲(chǔ)能單元的第三端。優(yōu)選的，上述三軸去耦自調(diào)零磁通門磁強(qiáng)計(jì)零點(diǎn)測(cè)量電路，其第二儲(chǔ)能單元包括第二低阻開關(guān)、第二二極管和電容；其中，第二低阻開關(guān)的第一端作為第二儲(chǔ)能單元的第一端，用于連接計(jì)數(shù)譯碼電路的第二輸出端，第二端作為第二儲(chǔ)能單元的第二端，第三端接地；第二二極管的第一端與電容的第一端相連，其連接端作為第二儲(chǔ)能單元的第三端，第二二極管的第二端接地；電容的第二端用于連接激勵(lì)線圈；采用低阻開關(guān)控制恒壓源激勵(lì)鐵芯，使得激勵(lì)電壓絕大部分降落在激勵(lì)線圈兩端，以保證激勵(lì)單元極高的能量利用效率。優(yōu)選的，上述三軸去耦自調(diào)零磁通門磁強(qiáng)計(jì)零點(diǎn)測(cè)量電路，安裝采用三軸探頭弱耦合安裝方式，磁強(qiáng)計(jì)的第一軸探頭與第二軸探頭不共面正交，且與所述第一軸探頭與第二軸探頭鐵芯中點(diǎn)的連線垂直；第三軸探頭安裝在第一軸探頭與第二軸探頭鐵芯中點(diǎn)連線的延長(zhǎng)線上；這種結(jié)構(gòu)降低了磁強(qiáng)計(jì)中任一軸的反饋磁場(chǎng)和激勵(lì)磁場(chǎng)對(duì)其它軸的影響，從而降低三軸耦合誤差。優(yōu)選的，上述三軸去耦自調(diào)零磁通門磁強(qiáng)計(jì)零點(diǎn)測(cè)量電路，其零點(diǎn)測(cè)量控制電路包括兩組開關(guān)；在微處理單元的控制下，通過兩組開關(guān)切換使信號(hào)線圈的兩各端倒向，測(cè)量倒向前、后的輸出電壓值，根據(jù)該輸出電壓值測(cè)量電路零點(diǎn)。總體而言，通過本專利技術(shù)所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：(1)本專利技術(shù)提供的三軸去耦自調(diào)零磁通門磁強(qiáng)計(jì)零點(diǎn)測(cè)量電路，采用頻率穩(wěn)定的低攻耗雙極性間歇脈沖電壓激勵(lì)單元對(duì)鐵芯進(jìn)行激勵(lì)，實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)穩(wěn)定和低功耗，解決磁通門磁強(qiáng)計(jì)低功耗與高性能之間的矛盾，在供電電源為+5V、1mA的條件下，典型分辨率為1.0nT,零點(diǎn)長(zhǎng)期漂移在30nT以下；并可以通過微處理器編程控制實(shí)現(xiàn)對(duì)電路零點(diǎn)的在線檢測(cè)與零點(diǎn)校準(zhǔn)，可長(zhǎng)期用于弱磁場(chǎng)測(cè)量和磁性目標(biāo)探測(cè)領(lǐng)域；(2)本專利技術(shù)提供的三軸去耦自調(diào)零磁通門磁強(qiáng)計(jì)零點(diǎn)測(cè)量電路，其優(yōu)選方案里，采用磁強(qiáng)計(jì)三軸探頭弱耦合安裝方式，降低了三軸耦合誤差；(3)本專利技術(shù)提供的三軸去耦自調(diào)零磁通門磁強(qiáng)計(jì)零點(diǎn)測(cè)量電路，其優(yōu)選方案采用低功耗溫控晶振產(chǎn)生方波信號(hào)，同時(shí)保證工作頻率穩(wěn)定和振蕩電路低攻耗；采用穩(wěn)定方波信號(hào)對(duì)磁通門鐵芯激勵(lì)，保證激勵(lì)單元低功耗；并且，由于方波是正負(fù)對(duì)稱的，其頻率、寬度、幅度穩(wěn)定，可以提高磁強(qiáng)計(jì)的零點(diǎn)穩(wěn)定性；(4)通過低阻開關(guān)控制電壓源直接激勵(lì)磁通門鐵芯的方式，控制恒壓源直接激勵(lì)鐵芯，使激勵(lì)電壓壓降絕大部分加在激勵(lì)線圈兩端，激勵(lì)回路其它部分的壓降損耗很小，大幅度提高激勵(lì)單元的能量利用效率，進(jìn)而降低激勵(lì)攻耗。附圖說(shuō)明圖1是實(shí)施例提供的低功耗三軸去耦自調(diào)零磁通門磁強(qiáng)計(jì)的第一軸零點(diǎn)測(cè)量電路示意圖；圖2是實(shí)施例中的激勵(lì)單元的示意圖；圖3是實(shí)施例中激勵(lì)單元所產(chǎn)生的激勵(lì)波形的示意圖；圖4是實(shí)施例中的零點(diǎn)測(cè)量控制示意圖；圖5是實(shí)施例中的三軸磁通門弱耦合安裝方式示意圖。具體實(shí)施方式為了使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本專利技術(shù)，并不用于限定本專利技術(shù)。此外，下面所描述的本專利技術(shù)各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。磁通門磁強(qiáng)計(jì)的功耗主要分布在激勵(lì)單元、放大檢波積分電路和反饋電路；降低磁通門磁強(qiáng)計(jì)檢測(cè)功耗的關(guān)鍵是降低激勵(lì)單元功耗；本專利技術(shù)在降低激勵(lì)功耗上的具體措施是采用雙極性間歇脈沖電壓激勵(lì)方式，以寬度窄的矩形脈沖，通過低導(dǎo)通電阻開關(guān)，控制恒壓源對(duì)磁通門鐵芯進(jìn)行激勵(lì)，本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種三軸去耦自調(diào)零磁通門磁強(qiáng)計(jì)零點(diǎn)測(cè)量電路，其特征在于，包括激勵(lì)單元、激勵(lì)線圈、信號(hào)線圈、反饋電路、零點(diǎn)測(cè)量控制電路、同步檢波控制電路、放大檢波積分電路和微處理單元；所述激勵(lì)線圈纏繞在磁強(qiáng)計(jì)探頭鐵芯的一端，信號(hào)線圈纏繞在磁強(qiáng)計(jì)探頭鐵芯的另一端；所述激勵(lì)線圈的一端連接激勵(lì)單元的第一輸出端，另一端接地；所述零點(diǎn)測(cè)量控制電路的第一輸入端和第二輸入端分別與信號(hào)線圈的兩端連接，第三輸入端與微處理單元的輸出端連接，第四輸入端與反饋電路的輸出端連接；所述放大檢波積分電路的第一輸入端與零點(diǎn)測(cè)量控制電路的輸出端連接，第二輸入端與同步檢波控制電路的輸出端連接；所述同步檢波控制電路的輸入端與激勵(lì)單元的第二輸出端連接；所述反饋電路的輸入端與放大檢波積分電路的輸出端連接；所述微處理單元的輸入端與放大檢波積分電路的輸出端連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種三軸去耦自調(diào)零磁通門磁強(qiáng)計(jì)零點(diǎn)測(cè)量電路，其特征在于，包括激勵(lì)單元、激勵(lì)線圈、信號(hào)線圈、反饋電路、零點(diǎn)測(cè)量控制電路、同步檢波控制電路、放大檢波積分電路和微處理單元；所述激勵(lì)線圈纏繞在磁強(qiáng)計(jì)探頭鐵芯的一端，信號(hào)線圈纏繞在磁強(qiáng)計(jì)探頭鐵芯的另一端；所述激勵(lì)線圈的一端連接激勵(lì)單元的第一輸出端，另一端接地；所述零點(diǎn)測(cè)量控制電路的第一輸入端和第二輸入端分別與信號(hào)線圈的兩端連接，第三輸入端與微處理單元的輸出端連接，第四輸入端與反饋電路的輸出端連接；所述放大檢波積分電路的第一輸入端與零點(diǎn)測(cè)量控制電路的輸出端連接，第二輸入端與同步檢波控制電路的輸出端連接；所述同步檢波控制電路的輸入端與激勵(lì)單元的第二輸出端連接；所述反饋電路的輸入端與放大檢波積分電路的輸出端連接；所述微處理單元的輸入端與放大檢波積分電路的輸出端連接。2.如權(quán)利要求1所述的三軸去耦自調(diào)零磁通門磁強(qiáng)計(jì)零點(diǎn)測(cè)量電路，其特征在于，所述激勵(lì)單元采用頻率穩(wěn)定的雙極性間歇脈沖電壓激勵(lì)電路。3.如權(quán)利要求1或2所述的三軸去耦自調(diào)零磁通門磁強(qiáng)計(jì)零點(diǎn)測(cè)量電路，其特征在于，所述激勵(lì)單元包括方波信號(hào)發(fā)生單元、計(jì)數(shù)譯碼電路、第一儲(chǔ)能單元和第二儲(chǔ)能單元；所述計(jì)數(shù)譯碼電路的輸入端與方波信號(hào)發(fā)生單元的輸出端連接；第一儲(chǔ)能單元的第一端與計(jì)數(shù)譯碼電路的第一輸出端連接，電源端用于連接外部恒壓源；所述第二儲(chǔ)能單元的第一端與計(jì)數(shù)譯碼電路的第二輸出端連接，第二端連接第一儲(chǔ)能單元的的第二端、第三端連接第一儲(chǔ)能單元的第三端、第四端接地、第五端連接激勵(lì)線圈。4.如權(quán)利要求3...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：林春生，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖北;42