专利名称：磁传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于定向、测磁等方面的磁传感器。
目前，基于饱和法测磁原理的磁传感器，其电路部分均采用振荡器(29)、解调器(26)、交流放大器(25)、选频滤波器(24)、二分频(28)、功率放大器(27)、直流放大器(30)、采样电阻(31)，信号绕组(32)，激磁绕组(22)和反馈绕组(23)组成。此种电路以直流磁场反馈措施提高测量线性度，使输出电压与被测磁场强度成比例。此种电路的软磁铁芯要求严格的热处理和配对，信号绕组需要较多的匝数，滤波器复杂而且效率低，信号中由于有过多的谐波信号分量和正交信号分量，使得交流放大器的增益受到限制。在结构上，探头都是固定在台体上，调试时只能盲目的、小范围地微动探头所处的位置。另外，通常每轴上的探头内部均采用玻璃管或其他绝缘管安装磁芯，磁芯在玻璃管内实际上处于非配合状态，所以加工零件时的高精度及装配时的配合安装，均被磁芯的这种状态吃掉。因此，很难提高磁传感器的精度。
本发明的目的是，减少传感器信号绕组的匝数，简化工艺过程及工艺要求，提高磁传感器的测试精度。
本发明的技术解决方案是振荡器、放大器、解调器、磁芯组成磁传感器的电路部分，信号绕组接于运算放大器的反相输入端，激磁绕组与功率放大器输出端相接，筒子状探头安装在台体上，探头在安装孔内可绕其自身安装轴转动使其敏感轴处于所在的平面内。
本发明的优点是，由于运算放大器的输入阻抗趋于零，故产生虚地效应，因此，传感器信号绕组的匝数大大减少，开关滤波器的应用使得高O值滤波、正交切除及积分校正的功能在线路上实现一体化，不但简化了电子线路，还大大降低了对传感器磁性材料以及激磁绕组匝数准确性与绕组位置精确性的要求，并减小了线路的归算漂移，提高了磁传感器的精度。在结构上，每单个探头均采用筒子结构，使其可以在安装台体上绕自身轴旋转，若是三个探头，每个探头之间可以进行正交性调整，同时可以调整探头与安装座标系的重合性。三轴磁传感器中的两个探头，固定安装在台体上两个垂直面上，第三个探头采用滑块式结构，可以在一个平面内旋转一定角度。最终保证三个轴的正交性以及与安装座标系的重合性。采用此种电路及结构形式，简化了调试工艺，而且使调试时有章可循，减小了盲目性、重复性。
图1现有技术方框图。
图2单轴线路原理图。
图3探头安装结构示意图。
图4探头结构示意图。
图5三轴线路原理图。
图6绕线形式示意图。
图7敏感轴旋转区域示意图。
图8三个探头安装轴示意图。
图2中虚框Ⅰ为振荡部分，为方波信号源，虚框Ⅱ为二分频部分，CD4013的第1脚输出信号Q与第2脚输出信号Q作为开关滤波器与解调器的参考信号，CD4013的第13脚输出信号作为激磁信号功律放大器的输出电阻(R2)。虚框Ⅲ为激磁信号的功率放大部分。虚框Ⅳ为单轴磁传感器的伺服放大部分。虚框V为单轴探头，探头激磁绕组的信号来自功率放大器的输出端，经R1接激绕组(19)。若是三轴磁传感器，则(如图5)CD4013的第1、2脚输出的信号Q、Q要相应地控制三路开关滤波器与解调器，三路开关滤波器与解调器的线路搭配和电路参数相同，三个激磁绕组串联接(R1)三个信号绕组分别接(R5)、(R′5)、(R″5)。交流放大器中输入电阻(R5)的取值很小，根据传输距离及探头线圈的阻值，可取10欧姆～300欧姆。这样可使信号绕组(17)、(18)匝数(N2)大幅度减少，在理论上可减少100倍以上，但在实际应用中，考虑到信号在传输距离上的衰减，一般可减少10倍左右。开关滤波器的应用主要是降低了对探头的要求，简化了磁芯热处理、选配等工艺，放松了对激磁绕组(19)、(20)匝数准确性和绕组位置精确性的要求。多功能开关波滤器由开关(SW1)、(SM2)把信号频率控制在2倍于激磁频率上，所以除有用的二次谐波信号外，其余的基波信号和高次谐波信号以及二次谐波的正交分量均被滤除。在整个伺服回路中，滤波电容(C6)、(C7)滤波电阻(R9)形成的时间常数，对系统又具有积分校正作用。
在结构上，探头设计为筒子结构(如图4)，激磁绕组(19)、(20)，信号绕组(17)、(18)。绕线形式依照图6所示，激磁线圈在两个绝缘管(21)上反相串联绕制，绝缘管(21)中装入磁芯。每个探头有两个轴，一个为安装轴(A)，一个为敏感轴(F)，安装轴(A)基本处于其安装位置的几何中心，敏感轴(F)的走向取决于磁芯、绝缘管及绕组的位置。一般情况下，(F)轴与(A)轴不会重合，但当结构设计保证整个筒子能绕其安装轴(A)旋转360°时，敏感轴(F)也将绕安装轴(A)旋转360°若要获得图7中MM′NN′平面中的磁场，就可以通过旋转筒了，使(F)处于该平面里。若为三轴磁传感器，三个探头的激磁线圈串联，其安装轴相互垂直，分别在X、Y、Z轴上(如图8)，其中两个探头(16)、(33)采用固定安装轴轴向的方式，安装在在台体(14)上，第三个探头(34)的安装轴可以随滑块(15)在平面P里旋转一定的角度。在调整三个敏感轴的正交性及三个轴与安装座标系的安装误差时，假设把第三个可以调整安装轴的探头作为Z轴，那么此探头通过绕其安装轴自旋，可以使其敏感轴位于(C)或(C′)位置，再通过在ZOY平面里旋转安装轴(A)，最终使敏感轴(F)与Z轴重合。对于X轴和Y轴上的两个探头，通过绕各自安装轴自旋，可以使它们的敏感轴(F)分别处于(A)或(A′)、(B)或(B′)位置;因为(A)或(A′)、(B)或(B′)在XOY平面里，所以，这两个敏感轴与Z轴敏感轴垂直、X探头与Y探头的垂直度通过选配探头保证，尽可能选用敏感轴于安装轴的夹角相近的两个探头作为X和Y的探头，若X和Y探头的敏感轴分别处于(A)、(B)位置时，可使整个传感器绕Z轴逆时针旋转一个角度来消除X、Y两轴绕Z轴的安装误差。若X、Y两敏感轴分别处于(A′)、(B′)位置时，可使整个传感器绕Z轴顺时针旋转一个角度来消除这两轴的安装误差，最终使传感器的三个敏感轴不仅相互垂直又与安装座标系重合。
传感器的调试方法为使用一个防磁旋转平台，把传感器安装在转台上，使XOZ平面处于水平面内。自旋X和Y轴的探头使两个探头的敏感轴都处于水平面内，且使探头尽量正交，然后，翻转转台的安装面，YOZ平面处于水平面内，自旋Z轴探头，使Z轴探头的敏感轴处于YOZ平面内。再翻转转台的安装面，使XOZ平面处于水平面内，通过滑块绕X轴旋转，使X轴探头的敏感轴与Z轴重合。再翻转转台的安装面，重新使XOY平面处于水平面内，通过使整个传感器绕Z轴顺时针或逆时针旋转一个角度，消除掉X、Y两轴的安装误差，最终使传感器的三个敏感轴与安装座标系O-XYZ重合。
权利要求
1.一种由振荡器、放大器、解调器、磁芯组成的磁传感器，其特征在于，信号绕组接于运算放大器的反相输入端，激磁绕组与功率放大器输出端相接，筒子状的探头安装在台体上，探头在安装孔内可绕其自安装轴转动使其敏感轴处于所在的平面内。
2.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，每个探头有一个安装轴和一个敏感轴，安装轴处于几何中心，敏感轴的走向取决于磁芯、绝缘管及绕组的位置，每个探头均可在自身的安装孔内转动。
3.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，三个探头相互垂直，其中两个探头安装在台体上，另一个探头安装在台体上的一个滑块上，滑块可在其平面内滑动
4.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，运算放大器输入电阻R5的阻值为10～300欧姆。
5.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，多功能开关滤波器的控制信号频率是激磁信号频率的2倍。
全文摘要
本发明涉及一种用于定向、测磁等方面的磁传感器，它是利用运算放大器的反相输入端的低阻抗输入和多功能开关滤波器信号频率是激磁频率2倍的特点，提高磁传感器的测量精度，利用筒子状的探头相互垂直，并且可以在自身的安装孔内转动，二个探头安装在台体的两个垂直面上，第三个探头安装于台体的滑块上，可以在一个平面内旋转一定角度。最终保证三个轴的正交性以及安装坐标系的重合性，此种电路及结构简化了调试工艺。
文档编号G01R33/02GK1073531SQ92114530
公开日1993年6月23日 申请日期1992年12月21日 优先权日1992年12月21日
发明者赵永康, 雷宝权, 刘瑞华 申请人:航空航天工业部宝成通用电子公司