一种高精度交变弱磁信号检测装置

本发明涉及传感器、微弱信号放大领域和弱磁信号检测领域，具体设计一种高精度交变弱磁信号检测装置。

背景技术：

1、在对磁信号检测方法的研究和实践过程中，目前设备大多是基于霍尔传感器、巨磁阻传感器、超导量子干涉装置设计，此类磁信号检测装置体积大、价格高，灵敏度低、对检测信号最低限要求较高；由于弱磁信号变化微小，使得传感器输出信号变化不明显，传统万用表无法检测出信号变化；地磁信号不断变化，对弱磁信号检测存在干扰；同时在对交变弱磁检测方面存在，尚无检测装置同时分析交变磁信号频率和大小。

2、弱磁检测在生物检测方面应用广泛，十分具有研究价值，但医疗健康方面对检测浓度要求较高，相比霍尔传感器、巨磁阻传感器、超导量子干涉装置，隧道磁阻传感器检出限更低，线性度更好；在医疗领域磁治疗逐渐兴起，其中交变弱磁场在生物体外治疗方面占比较大，因此对交变弱磁的控制检测必不可少。另外地磁场在时刻波动变化，在某些情况下磁场变化值会低于0.4nt，而检测弱磁变化值可能高于该变化值，因此需要采用一定的降噪技术对传感器测量到的数据进行处理，从中提取出目标磁信号变化信息。

3、在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明目的在于针对现有技术的不足之处，设计一种高精度交变弱磁信号检测装置。

2、为了解决上述问题，本发明提供了一种高精度交变弱磁信号检测装置，包括传感器单元、信号处理器、数据采集卡、数据处理单元和无磁连接骨架。所述传感器单元包含检测传感器和对照传感器，检测传感器识别检测交变弱磁信号，对照传感器用于识别检测地磁信号，二者均输出同频同相电压信号。所述信号处理器包含前置放大器，对传感器输出信号进行比例放大；移相器产生交变弱磁同频方波信号；相敏检波器将目标信号从混合信号中提取出来，并滤除噪声信号；低通滤波器输出直流电压信号；后置放大器对差分信号进一步放大精确。数据采集卡对检测传感器和对照传感器输出信号进行采集；数据处理单元对数据进行做差分析，得到目标交变弱磁频率、幅值信息；所述无磁连接骨架包含传感器单元固定平台和数据处理装置固定支架。本发明能够在复杂环境中高精度检测固定频率交变弱磁信号。

3、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

4、本发明采用以下技术方案：

5、传感器单元选取两个隧道磁阻传感器，其中一个隧道磁阻传感器作为检测传感器，另一个隧道磁阻传感器作为对照传感器，二者同向远距离放置，检测传感器用于检测目标磁信号，对照传感器用于检测地磁信号，以此排除不必要磁信号干扰。

6、进一步地，传感器单元焊接在pcb电路板上，检测传感器固定在无磁连接骨架一端，对照传感器单采用导线远距离同向放置。

7、进一步地，信号处理器中前置放大器增益电阻为电位器，可以根据不同应用场景灵活设置增益倍数。

8、进一步地，信号处理器中的移相器采用函数信号发生器提供特定频率方波信号作为参考信号。

9、进一步地，信号处理器中低通滤波器采用由ne5532串联组成的在线性相位、衰减斜率和加载特性三个方面具有特性均衡四阶低通巴特沃斯滤波器，对信号进行滤波处理。

10、进一步地，信号处理器中后置放大器采用ad620三运放仪表放大器，增益采用可调电位器，增益电阻与固定电阻之比为1000倍，对滤波信号进行放大稳定处理。

11、进一步地，信号处理器连接数据采集卡，进行检测传感器和对照传感器信号的接收采集。

12、进一步地，数据采集卡连接数据处理单元，对数据进行做差分析处理。

13、进一步地，数据处理单元选取计算机或单片机完成数据处理任务。

14、进一步地，由上位机显示处理后的交变弱磁频率和大小。

15、在上述技术方案中，本发明提供的一种高精度交变弱磁检测装置具有以下有益效果：

16、本发明所述的一种高精度交变弱磁检测装置有效实现对微弱磁场以及指定频率磁场的高精度检测，滤除干扰噪声，排除地磁信号干扰，并实时分析显示磁场大小和频率；本装置采用传感器单元、数据处理器、数据采集卡和数据处理单元高精度、准确检测交变弱磁。

技术特征：

1.一种高精度交变弱磁检测装置，其特征在于，包括传感器单元、两组相同信号处理器、数据采集卡、数据处理单元和无磁连接骨架；所述传感器单元包含检测传感器和对照传感器，两组相同信号处理器分别连接检测传感器和对照传感器，检测传感器识别检测交变弱磁信号，对照传感器用于识别检测地磁信号，二者均输出同频同相电压信号；

2.按照权利要求1所述的一种高精度交变弱磁检测装置，其特征在于：传感器单元由两个隧道磁阻传感器远距离同向组合而成，其中一个隧道磁阻传感器为检测传感器用于检测交变弱磁信号，其中另一个隧道磁阻传感器为对照传感器用于检测同一区域内的地磁干扰磁信号。

3.按照权利要求1所述的一种高精度交变弱磁检测装置，其特征在于：信号处理器包含的前置放大器，前置放大器的反馈电路采用电位器，增益倍数为11倍。

4.按照权利要求1所述的一种高精度交变弱磁检测装置，其特征在于：信号处理器包含的移相器，采用函数信号发生器输出目标交变弱磁信号同频率方波信号。

5.按照权利要求4所述的一种高精度交变弱磁检测装置，其特征在于：方波信号可以在0-1khz内灵活设定，以用于采集不同频率的交变弱磁信号。

6.按照权利要求1所述的一种高精度交变弱磁检测装置，其特征在于：信号处理器包含的后置放大器的增益电阻采用电位器设计，增益倍数设置为1000倍。

7.按照权利要求1所述的一种高精度交变弱磁检测装置，其特征在于：两组相同信号处理器分别连接检测传感器和对照传感器。

8.按照权利要求1所述的一种高精度交变弱磁检测装置，其特征在于：两组信号处理器连接数据采集卡，数据采集卡和数据处理单元连接，数据处理单元选取计算机或单片机完成数据处理任务。

9.按照权利要求1所述的一种高精度交变弱磁检测装置，其特征在于：无磁连接骨架包含固定平台，使装置移动更加方便。

10.按照权利要求1所述的一种高精度交变弱磁检测装置，其特征在于：检测传感器安装在小型pcb板上，并固定在无磁连接骨架一端的支架上；对照传感器采用绝缘导线长距离灵活连接，与检测传感器同相；信号处理器、数据采集卡、数据处理单元固定在无磁连接骨架另一端。

技术总结
本发明公开一种高精度交变弱磁检测装置，包括传感器单元、信号处理器、数据采集卡、数据处理单元和无磁连接骨架。所述传感器单元包含检测传感器和对照传感器，检测传感器识别检测交变弱磁信号，对照传感器用于识别检测地磁信号，二者均输出同频同相电压信号。所述信号处理器包含前置放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、后置放大器。数据采集卡对检测传感器和对照传感器输出信号进行采集；数据处理单元对数据进行做差分析，得到目标交变弱磁信号的频率、幅值信息；所述无磁连接骨架包含传感器单元固定平台和固定支架。本发明能够在复杂环境中排除地磁信号干扰，高精度检测固定频率交变弱磁信号。

技术研发人员：陈传芳,焦学磊,王庆蒙
受保护的技术使用者：中国科学院电工研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22