一种磁传感器温度特性测试方法及装置

本发明涉及磁场传感器领域，具体涉及一种磁传感器温度特性测试方法及装置。

背景技术：

1、磁传感器是磁信息获取的重要途径，可实现磁场、电流、光、应力应变等物理量的测量，是现代传感器产业的一个重要分支，广泛应用于汽车电子、信息存储、医疗器械、航空航天、武器装备等民用、军用各个领域。

2、磁传感器的测量精度易受到外部环境的影响，其中温度是关键因素之一。温度变化会导致磁传感器的零偏、灵敏度等发生变化从而导致磁传感器的输出产生漂移。在磁传感器温度特性测试中，环境磁场、外部及温箱的干扰磁场等因素会极大地影响温度特性的测试结果，常规的传感器温度特性测试方法无法用于磁传感器。为了避免这些影响，通常选择干扰磁场小的环境、采用无磁温箱等方式，但是这种方式对场地及设备的要求较高。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种磁传感器温度特性测试方法及装置，本发明旨在提升磁传感器温度特性测试的抗干扰能力、降低对环境及温箱设备的要求。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种磁传感器温度特性测试方法，包括：

4、s101，将磁传感器放置于温箱中，设置温箱的初始温度；

5、s102，采用线圈在磁传感器敏感方向施加交流磁场，且交流磁场的频率fb在磁传感器及线圈带宽范围内，交流磁场的幅度ab不大于磁传感器量程；

6、s103，获取并记录磁传感器在当前的温度t下输出的交流磁场信号的幅度am；

7、s104，改变温箱的温度，若温箱的温度小于设定温度值则跳转步骤s102；否则，将磁传感器在不同温度t下输出的交流磁场信号的幅度am绘制t-am曲线以用于评估磁传感器的温度特性。

8、可选地，步骤s102中采用线圈是指采用亥姆霍兹线圈。

9、可选地，步骤s102中采用线圈在磁传感器敏感方向施加交流磁场时，在交直流电流源的激励下，亥姆霍兹线圈产生的交流磁场的函数表达式为：

10、

11、上式中，bc为亥姆霍兹线圈产生的交流磁场，bc0为交流磁场信号的幅度，ω为交流磁场信号的频率，t为时间，为相位，b0为直流偏置磁场。

12、可选地，步骤s103获取并记录磁传感器在当前的温度t下输出的交流磁场信号的幅度am包括：

13、s201，获取磁传感器在当前的温度t下输出的交流磁场信号bs：

14、

15、上式中，bc0为交流磁场信号的幅度，ω为交流磁场信号的频率，t为时间，为相位，b0为直流偏置磁场，be为环境磁场，bd(,t)为环境及温箱的干扰磁场；

16、s202，将磁传感器在当前的温度t下输出的交流磁场信号bs以及与交流磁场的频率相同、且相位相差90°的参考信号1及参考信号2输入正交矢量型锁定放大器，通过正交矢量型锁定放大器采用锁相技术提取交流磁场信号的幅度bc0以作为磁传感器在当前的温度t下输出的交流磁场信号的幅度am。

17、可选地，步骤s202中参考信号1及参考信号2的函数表达式为：

18、

19、上式中，r1()和r2()分别表示参考信号1及参考信号2，a1和a2分别表示参考信号1及参考信号2的幅值，表示参考信号1及参考信号2的相位，ω为交流磁场信号的频率，t为时间。

20、可选地，步骤s4中改变温箱的温度是指将温箱的温度在原温度上增加预设的温度变化量。

21、本发明还提供一种用于应用前述磁传感器温度特性测试方法的磁传感器温度特性测试装置，包括温度传感器、磁传感器、温箱、亥姆霍兹线圈和测控单元，所述亥姆霍兹线圈用于产生直流及交流磁场，所述亥姆霍兹线圈跨接于温箱的外部以用于防止温箱内温度变化导致线圈系数发生变化；所述磁传感器置于温箱内并处于亥姆霍兹线圈的中心磁场均匀区；所述温度传感器布置于温箱内以用于监测磁传感器所在位置的温度，所述温箱、亥姆霍兹线圈的控制端分别与测控单元相连。

22、可选地，所述测控单元包括温度采集电路、磁传感器信号采集电路、正交矢量型锁定放大器、移相器、交直流电流源和控制终端，所述温度传感器的输出端通过温度采集电路和控制终端相连，所述磁传感器的输出端通过磁传感器信号采集电路与正交矢量型锁定放大器的输入端相连，所述交直流电流源的控制端和控制终端相连，所述交直流电流源输出端与亥姆霍兹线圈相连，且所述交直流电流源输出端分出一路采样信号，该采样信号作为输入正交矢量型锁定放大器的一路参考信号、并经过移相器90°移相后作为输入正交矢量型锁定放大器的另一路参考信号以使得正交矢量型锁定放大器获得磁场幅度并输出至控制终端。

23、可选地，所述作为输入正交矢量型锁定放大器的一路参考信号、经过移相器90°移相后作为输入正交矢量型锁定放大器的另一路参考信号的函数表达式为：

24、

25、上式中，r1()和r2()分别表示参考信号1及参考信号2，a1和a2分别表示参考信号1及参考信号2的幅值，表示参考信号1及参考信号2的相位，ω为交流磁场信号的频率，t为时间。

26、可选地，所述控制终端为上位机。

27、和现有技术相比，本发明主要具有下述优点：为了提升磁传感器温度特性测试的抗干扰能力、降低对环境及设备的要求，本发明通过施加传感器带宽范围内的交流外磁场作用于磁传感器，采用传感器交流输出代替直流输出，能够有效减小环境磁场变化、不同温度下温箱剩磁等干扰磁场变化的影响，降低磁传感器温度特性对环境及温箱设备的要求，具有抗干扰能力强、精度高的优势。

技术特征：

1.一种磁传感器温度特性测试方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的磁传感器温度特性测试方法，其特征在于，步骤s102中采用线圈是指采用亥姆霍兹线圈。

3.根据权利要求2所述的磁传感器温度特性测试方法，其特征在于，步骤s102中采用线圈在磁传感器敏感方向施加交流磁场时，在交直流电流源的激励下，亥姆霍兹线圈产生的交流磁场的函数表达式为：

4.根据权利要求3所述的磁传感器温度特性测试方法，其特征在于，步骤s103获取并记录磁传感器在当前的温度t下输出的交流磁场信号的幅度am包括：

5.根据权利要求4所述的磁传感器温度特性测试方法，其特征在于，步骤s202中参考信号1及参考信号2的函数表达式为：

6.根据权利要求1所述的磁传感器温度特性测试方法，其特征在于，步骤s4中改变温箱的温度是指将温箱的温度在原温度上增加预设的温度变化量。

7.一种用于应用权利要求1～6中任意一项所述磁传感器温度特性测试方法的磁传感器温度特性测试装置，其特征在于，包括温度传感器(1)、磁传感器(2)、温箱(3)、亥姆霍兹线圈(4)和测控单元(5)，所述亥姆霍兹线圈(4)用于产生直流及交流磁场，所述亥姆霍兹线圈(4)跨接于温箱(3)的外部以用于防止温箱(3)内温度变化导致线圈系数发生变化；所述磁传感器(2)置于温箱(3)内并处于亥姆霍兹线圈(4)的中心磁场均匀区；所述温度传感器(1)布置于温箱(3)内以用于监测磁传感器(2)所在位置的温度，所述温箱(3)、亥姆霍兹线圈(4)的控制端分别与测控单元(5)相连。

8.根据权利要求7所述的磁传感器温度特性测试装置，其特征在于，所述测控单元(5)包括温度采集电路(51)、磁传感器信号采集电路(52)、正交矢量型锁定放大器(53)、移相器(54)、交直流电流源(55)和控制终端(56)，所述温度传感器(1)的输出端通过温度采集电路(51)和控制终端(56)相连，所述磁传感器(2)的输出端通过磁传感器信号采集电路(52)与正交矢量型锁定放大器(53)的输入端相连，所述交直流电流源(55)的控制端和控制终端(56)相连，所述交直流电流源(55)输出端与亥姆霍兹线圈(4)相连，且所述交直流电流源(55)输出端分出一路采样信号，该采样信号作为输入正交矢量型锁定放大器(53)的一路参考信号、并经过移相器(54)90°移相后作为输入正交矢量型锁定放大器(53)的另一路参考信号以使得正交矢量型锁定放大器(53)获得磁场幅度并输出至控制终端(56)。

9.根据权利要求8所述的磁传感器温度特性测试装置，其特征在于，所述作为输入正交矢量型锁定放大器(53)的一路参考信号、经过移相器(54)90°移相后作为输入正交矢量型锁定放大器(53)的另一路参考信号的函数表达式为：

10.根据权利要求9所述的磁传感器温度特性测试装置，其特征在于，所述控制终端(56)为上位机。

技术总结
本发明公开了一种磁传感器温度特性测试方法及装置，本发明方法包括将磁传感器放置于温箱中，设置温箱的初始温度；采用线圈在磁传感器敏感方向施加交流磁场，且交流磁场的频率f<subgt;B</subgt;在磁传感器及线圈带宽范围内，交流磁场的幅度A<subgt;B</subgt;不大于磁传感器量程；获取并记录磁传感器在当前的温度T下输出的交流磁场信号的幅度A<subgt;M</subgt;；改变温箱的温度，若温箱的温度小于设定温度值则返回重新施加交流磁场；否则，将磁传感器在不同温度T下输出的交流磁场信号的幅度A<subgt;M</subgt;绘制T‑A<subgt;M</subgt;曲线以用于评估磁传感器的温度特性。本发明旨在提升磁传感器温度特性测试的抗干扰能力、降低对环境及温箱设备的要求。

技术研发人员：杜青法,胡佳飞,潘孟春,丁增权,罗慧慧,柳俊威,李裴森,黎贵龙,石狮龙
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15