一种基于磁阻传感器的三轴磁场计的制作方法

本实用新型属于磁场测量的传感器技术领域，涉及一种基于磁阻传感器的三轴磁场计。

背景技术：

磁场计又称磁场强度计、磁力计、高斯计，用于测量环境的磁场强度，在矿山探测、煤田开采、油田测井、地磁测量等领域具有广泛的应用。

传统的测量磁场的方法有磁通门传感器测量法和霍尔传感器测量的方法。磁通门传感器测量方法具有技术成熟、可靠性高、精度高等优点，但其体积大、成本高昂，某些空间狭小的应用受限；霍尔传感器测量磁场的方法，具有集成度高、结构简单、成本低等优点，但其测量精度低，适合于强磁场的测量。

磁阻传感器采用各向异性磁致电阻(Anisotropic Magneto-Resistance)材料来检测空间中磁场强度的大小。这种具有晶体结构的合金材料对外界的磁场很敏感，磁场的强弱变化会导致AMR自身电阻值发生变化。利用AMR组成惠斯通电桥，检测AMR阻值的变化从而测量磁场强度。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基于磁阻传感器的三轴磁场计，解决了磁通门传感器成本高、体积大以及霍尔传感器测量精度低的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种基于磁阻传感器的三轴磁场计，包括X轴磁阻传感器、Y轴磁阻传感器、Z轴磁阻传感器、恒流源电路、置位/复位电路、核心CPU、RS485接口电路，X轴磁阻传感器、Y轴磁阻传感器和Z轴磁阻传感器分别与核心CPU连接，具体来说X轴磁阻传感器、Y轴磁阻传感器和Z轴磁阻传感器的输出端与CPU的采集端口连接。

本实用新型的特点还在于，

核心CPU与RS485接口电路及置位/复位电路连接。

RS485接口电路与CPU中的Uart口连接。

置位/复位电路分别与X轴磁阻传感器、Y轴磁阻传感器、Z轴磁阻传感器连接。

X、Y、Z三轴磁阻传感器的S/R+、S/R-端口依次串联连接，且S/R端口与置位/复位电路的输出端口连接。

恒流源电路的MV+、MV-端口，分别于X轴磁阻传感器、Y轴磁阻传感器、Z轴磁阻传感器的MV+、MV-端口连接。

磁阻传感器电路，采用HMC1001和HMC1002芯片。

核心CPU采用ADI公司的ADuCM360芯片。

本实用新型的有益效果是，提供一种用于地磁场测量的、结构简单、成本低廉、测量精度高、可靠性高的三轴磁场计装置，大大改善了传感器刻度因数的温飘系数，可以消除传感器受强磁场影响而导致的磁化现象，恢复磁传感器的灵敏度和测量精度，提高了集成度，使电路更简洁，可靠性更高，降低了对加工、装配环节的精度要求。

附图说明

图1为本实用新型基于磁阻传感器的三轴磁场计的功能模块框图；

图2为本实用新型的磁阻传感器部分电路图；

图3(a)为本实用新型的置位/复位部分的一种可选电路图；

图3(b)为本实用新型的置位/复位部分的另一种可选电路图；

图4为本实用新型的恒流源部分电路图；

图5为本实用新型的RS485接口部分电路图；

图6为本实用新型的核心CPU部分电路图。

图中，1.X轴磁阻传感器，2.Y轴磁阻传感器，3.Z轴磁阻传感器，4.恒流源电路，5.核心CPU，6.置位/复位电路，7.RS485接口电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

一种基于磁阻传感器的三轴磁场计，如图1所示，包括X轴磁阻传感器1、Y轴磁阻传感器2、Z轴磁阻传感器3、恒流源电路4、置位/复位电路6、核心CPU5、RS485接口电路7，

X轴磁阻传感器1、Y轴磁阻传感器2和Z轴磁阻传感器3分别与核心CPU5连接，具体来说X轴磁阻传感器1、Y轴磁阻传感器2和Z轴磁阻传感器3的输出端与CPU5的采集端口连接；

核心CPU5与RS485接口电路7及置位/复位电路6连接，

其中，RS485接口电路7与CPU5中的Uart口连接，

置位/复位电路6分别与X轴磁阻传感器1、Y轴磁阻传感器2、Z轴磁阻传感器3连接，具体是先把X、Y、Z三轴磁阻传感器的S/R+、S/R-端口依次串联连接起来，最后把S/R端口与置位/复位电路6的输出端口连接；

恒流源电路4的MV+、MV-端口，分别与X轴磁阻传感器1、Y轴磁阻传感器2、Z轴磁阻传感器3的MV+、MV-端口连接。

恒流源电路负责给磁阻传感器提供稳定的恒流激励，以保证磁阻传感器有稳定、可靠的信号输出；

置位/复位电路在CPU的控制下，周期性的对磁阻传感器进行置位/复位操作，以消除传感器受强磁场影响而导致的磁化影响，保证传感器的灵敏度和测量精度；

磁阻传感器在结构上分别排布在正交的X、Y、Z轴三个方向上，分别用来检测三个轴向上的磁场分了，敏感测量环境的磁场在三个轴向上的磁场分量，然后将检测的数据以模拟电压形式输送到CPU的采集端口；

图2所示的磁阻传感器的电路结构，采用HMC1001和HMC1002芯片，HMC1001是Z轴磁阻传感器，HMC1002用于X、Y两轴磁阻传感器，共组成X、Y、Z三轴磁阻传感器。

图3(a)和图3(b)所示的两种可采用的置位/复位电路的电路图的结构为，芯片U6采用P沟道的MOS管，芯片U7采用N沟道的MOS管，组成开关电路，U6的源极S通过电阻R11连接到20V电源，U7的源极S接地，二者的漏极D连在一起作为输出，通过控制SET、RESET端口，能够在输出端产生幅值20V的方波信号输出，用于对磁阻传感器进行置位/复位。

如图4所示的恒流源电路的电路结构图，由运放和P沟道的MOS管构成，运放的反向输入端IN-连接固定电压，由2.5V电压基准，通过分压电阻R20、R21获得；由采用电阻R19将输出的恒定电流转变为电压信号连接到运放的同相端。当某种因素导致输出电流增大时，采样电阻上的电压增大，运放的输出电压增大，导致MOS管导通变小，导通电阻增加，使电流恢复到原设定值；当某种因素导致输出电流减小时，采样电阻上的电压减小，运放的输出电压减小，导致MOS管导通变大，导通电阻减小，使电流恢复到原设定值。输出的电流由分压电阻和采样电阻共同确定。

如图5所示，核心CPU采用ADI公司的ADuCM360芯片，该芯片是基于Cortex-M3的ARM核的微控制器，集成有可编程差分放大器、24位ADC、模拟通道选择器、UARt通讯接口等资源。磁阻传感器送来的模拟电压信号，首先经过可编程差分放大器进行信号放大，以满足ADC的输入范围，提高磁场信号的采集分辨率；之后送入ADC进行数据采集。得到磁场信号的数字量后，通过软件，进行非正交性(安装误差)校正、补偿、刻度，最后通过Uart通讯接口实时输出三轴磁场强度值；CPU的UARt口输出的信号是TTL电平，通过RS485接口电路，转换为工业标准的RS485信号进行输出。

本实用新型基于磁阻传感器的三轴磁场计的技术指标为：

(1)磁场强度的测量范围：-2～+2Gauss；

(2)分辨率：70μGauss；

(3)非线性：≤0.5％FS；

(4)非正交性：≤1％；

(5)数据更新率：10～300Hz。

相比较Honeywell公司生产的HMR2300三轴磁场计，由于本实用新型采用了软件对三轴传感器安装的非正交性进行补偿，在非正交性技术指标上，优于HMR2300三轴磁场计的≤2％指标。