检测超弱磁场的系统和方法、缓冲单元、激源单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于一种检测超弱磁场的系统和方法、缓冲单元、激源单元。
【背景技术】
[0002]最近，适于检测地磁的技术已经到了需要高灵敏度和高精度地检测非常弱的磁场，以扩大应用的范围。这类型的磁场检测组件磁性阻抗(Magnetic Impedance, MI)组件已引起人们的注意。与已知的磁场检测用的MI组件的方法，该方法是施加一高频电流给磁性组件和检测由曲绕或布置在磁性组件附近的检测线圈所产生的一电压信号。
[0003]图1说明一用于检测磁场的现有技术的基本电路图。参考图1，用虚线包围的振荡电路11产生一脉冲振荡，经由反相器12和电流调整电阻13的方式将电流流到MI组件14。然后，取出在MI组件14所造成的磁通量的变化产生曲绕在MI组件14的周围检测线圈15中电压的变化。检测线圈15的一端连接到接地端，而另一端连接到由一峰值检测二极管和一个RC电路所形成的一个波形检测电路16，以使得一个振幅调变磁场信号可从波形检测电路16中取出。相对地，磁场信号可以通过和一模拟开关与一保持电容建置的振荡电路11振荡的上升和下降的同步地同步检测。然后一个零外磁场特征的一个电压Vso以及与电压Vso相匹配的一个参考电压被选中，此是经由一个放大器17和在电源电压和接地端子之间插入的一可变电阻18。因此，输出电压是在放大器的输出端进行手动调整。
[0004]然而，Vso常因周围环境的变化而改变。在这种情况下，难以手动调整输出电压。如果检测线圈上的信号是尖锐的峰顶部，峰值检测的取样抖动也会导致高的信号变化。如果磁场不顺畅或磁场变化显著，即使加上非线性效应，它也无法优化信号的检测。因此，此种用于检测磁场的磁场检测电路无法检测到非常弱的磁场，特别是对于检测次mG (毫高斯)的磁场或嘈杂的磁场。针对现代的应用，特别是空中鼠标，陀螺仪等应用，此种检测技术将导致较大的误差。
[0005]针对某些情况，上述的现有检测磁场技术具有无法处理的缺点，尤其是振荡电路的组件固有噪声，取样抖动引起的峰值电压变化的噪声，影响非外部磁场特性的线圈负载效应，以及弱磁场等情况。因此，有必要设计具有高灵活性和可靠性的磁场检测技术。
【发明内容】
[0006]本发明实施例提供关于一种检测超弱磁场的系统和方法、缓冲单元、激源单元。所述方案使用一磁性阻抗组件来检测外部磁场的强度，其中磁性阻抗组件的阻抗依据外部磁场的变化而变动。更具体地说，本发明是关于由地磁或非常弱的电流产生非常弱的磁场的高灵敏度和高精度的检测技术。
[0007]本发明的一实施例是关于一种检测磁场的系统。该系统包括:由一检测线圈所包围的一磁性阻抗组件，产生可编程上升/下降时间的脉冲信号的激源单元以驱动磁性阻抗组件，以及一信号检测模块以检测检测线圈上的信号，其中信号检测模块包括:具有可调整的带宽形状的一缓冲单元将检测线圈的输出信号整型，一信号放大单元将缓冲单元输出的缓冲信号放大，一信号处理单元将信号放大单元放大后的信号施加可选择的算法，以输出检测结果，以及一控制单元连接信号处理单元，以产生激源单元、缓冲单元、信号放大单元和信号处理单元的控制参数。
[0008]进一步地，所述激源单元包括施加两个电压于两个开关耦接两个并联RC电路。
[0009]进一步地，所述缓冲单元提供一个选择的带宽的频率响应该检测线圈来减少因峰值取样抖动的信号的变化。
[0010]进一步地，所述信号放大单元包括一个取样和保持电路和一个斩波可编程增益放大器。
[0011]进一步地，所述信号处理单元包括一模拟/数字转换器和一个数字信号处理器。
[0012]进一步地，所述算法是一信号滤波。
[0013]进一步地，所述控制单元包括一个内存，用于储存更新的控制参数。
[0014]进一步地，所述控制参数是开关的切换时序、电压值、带宽参数以及滤波参数。
[0015]本发明实施例还提供一种缓冲单元，适应于检测超弱磁场的系统，
[0016]该缓冲单元具有可调整的带宽，提供一个带宽的频率响应一检测线圈的一输出信号来减少因峰值取样抖动的信号的变化，其中，该检测线圈的该输出信号是由围绕一磁性阻抗组件的该检测线圈感应而成。
[0017]本发明实施例还提供一种激源单元，适应于检测超弱磁场的系统，
[0018]该激源单元产生可编程上升/下降时间的信号来驱动一磁性阻抗组件，其中，该信号是由施加两个电压于两个开关耦接两个并联RC电路而形成。
[0019]本发明的另一实施范例是关于一种检测磁场的方法。该方法包括:产生可编程上升/下降时间的的电压来驱动环绕一磁性阻抗组件的一检测线圈；经由具有可调整带宽的一缓冲单元将检测线圈的输出信号整型；通过使用一取样和保持电路和一斩波可编程增益放大器将缓冲单元输出的缓冲信号放大；经由可选择的算法来处理放大后的信号以输出检测结果；以及检查检测结果来控制产生的电压，缓冲单元，取样和保持电路，斩波可编程增益放大器，以及算法。
[0020]所述的方法，其中，所述算法是一信号滤波。
[0021]所述的方法，其中，所述控制包括使用一个内存来储存更新后的控制状态。
[0022]兹配合下列图示、实施例详细说明及申请专利范围，将上述及本发明的其他优点详述于后。
【附图说明】
[0023]图1说明一用于检测磁场的现有技术的基本电路图；
[0024]图2是与本发明的一实施范例一致的一示意图，说明一种检测磁场的系统；
[0025]图3是与本发明的一实施范例一致的一示意图，说明图2中检测磁场的系统的激源单元；
[0026]图4a_4d是与本发明的一实施范例一致的一不意图，说明图3中检测磁场的系统的可编程的上升/下降时间的激源单元所产生的信号；
[0027]图5是与本发明的一实施范例一致的一示意图，说明图2中检测磁场的系统的缓冲单兀的输入信号和输出信号；
[0028]图6是与本发明的一实施范例一致的一示意图，说明图2中检测磁场的系统的信号放大单元；
[0029]图1是与本发明的一实施范例一致的一示意图，说明图2中检测磁场的系统的处理单元；
[0030]图8是与本发明的一实施范例一致的一示意图，说明图2中检测磁场的系统的的处理单元的可调整带宽；
[0031]图9a_9b是与本发明的一实施范例一致的一示意图，说明检测磁场的系统的建立和优化控制单元的控制参数的流程图；
[0032]图10是与本发明的一实施范例一致的一示意图，说明一种检测磁场的方法。
[0033]附图标记说明:
[0034]11-振荡电路；12-连接接口反相器；13_电流调整电阻；14_MI组件；15-检测线圈；16_波形检测电路；17_放大器；18_可变电阻；210-磁性阻抗组件；220_检测线圈；230-激源单元；240_信号检测模块；241_缓冲单元；242_信号放大单元；245_信号处理单元；246_控制单元；610_取样和保持电路；611、612-取样开关；613、614_保持电容；620-斩波可编程增益放大器；621、622、623、624_开关；625、626、627、628_开关；710_模拟/数字转换器；720_数字信号处理器；901_泵送高斯扫描磁场；902_覆盖磁屏蔽盒至此检测磁场的系统；903_不覆盖磁屏蔽盒至此检测磁场的系统；910_扫描标准磁场；920_进行全信号波形的取样；930_确认扫描环境完成；940_寻找新取样边缘；950_比较波峰的顶部和底部值；960_在控制单元中调整延迟电路970-改变激源单元中激源压摆率；980_改变缓冲单元中缓冲器的带宽；990_选择信号处理单元中数字信号处理(DSP)滤波；1010-产生可编程上升/下降时间的电压来驱动环绕一磁性阻抗组件的一检测线圈；1020_经由具有可调整带宽的一缓冲单元将检测线圈的输出信号整型；1030通过使用一取样和保持电路和一斩波可编程增益放大器将缓冲单元输出的缓冲信号放大；1040_经由可选择的算法来处理放大后的信号以输出检测结果；1050_检查检测结果来控制产生的电压，缓冲单元，取样和保持电路，斩波可编程增益放大器，以及算法。
【具体实施方式】
[0035]本发明实施例提供关于一种检测超弱磁场的系统和方法、缓冲单元、激源单元。所述方案使用一磁性阻抗组件来检测外部磁场的强度，其中磁性阻抗组件的阻抗依据外部磁场的变化而变动。更具体地说，本发明是关于由地磁或非常弱的电流产生非常弱的磁场的高灵敏度和高精度的检测技术。
[0036]本发明的一实施例是关于一种检测磁场的系统。图2是与本发明的一实施范例一致的一示意图，说明一种检测磁场的系统。参考图2，此系统包括由一检测线圈220所包围的一磁性阻抗组件210，一激源单元230产生可编程上升/下降时间的电压信号来驱动磁性阻抗组件210，和一信号检测模块240检测检测线圈220输出的信号，其中信号检测模块240包括具有可调整带宽的一缓冲单元241将检测线圈220的输出信号整型，一信号放大单元242将缓冲单元241输出的缓冲信号放大，一信号处理单元245通过施加可选择的算法将信号放大单元242放大的信号进行信号处理，以输出检测结果，并且一控制单元246连接信号处理单元245以产生激源单元230、缓冲单元241、信号放大单元242和信号处理单元245的控制参数。
[0037]参考图2，磁性阻抗组件210阻抗依据外部磁场的变化而变动。激源单元230产生可编程上升/下降时间的信号来驱动磁性阻抗组件210。激源单元230产生的信号可以由第三图所示的电路图来实现。如图3所示，两个电压Vl和V2被施加于两个开关SI和S2耦接两个并联RC电路RlCl和R2C2的电路中，以连接磁性阻抗组件210的两个端点来驱动磁性阻抗组件210。
[0038]因此在图3中，经由两个电压Vl和V2，开关SI和S2切换时序Φ1和Φ2，以及平行RC电路RlCl和R2C2，磁性阻抗组件210的两个端点的信号VI如图4a、图4b、图4c和图4d所示。在图4a中，两个电压Vl和V2是两个不同的直流电压，开关SI和S2的切换时序Φ1和Φ2相同。在图4b中，两个电压Vl和V2是两个不同的直流电压，开关SI和S2的切换时序Φ1和Φ2是不同的时钟时序。在图4c中，两