专利名称：磁通门传感器激励电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激励电路，特别涉及磁通门传感器激励电路。
背景技术：
剩磁误差是磁传感器受到较强磁场干扰后，因磁性材料的剩磁变化产生的附加误差。与 其他磁传感器相比，磁通门传感器的剩磁误差较小，但在高要求场合必须进一步降低剩磁误 差。提高激励电流可以有效降低磁通门传感器的剩磁误差，但也造成了功耗大的问题。
文献l"Pulse Excitation of Micro-Fluxgate Sensors, IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL, 37, NO. 4, JULY 2001 1988-2000"公开了一种采用窄脉冲激励方法，可以在功耗不大的情况下获得 足够的激励电流幅值，从而有效降剩磁误差，但该方法在相同条件下使磁通门的灵敏度降低， 且输出信号中高次谐波较多，给信号提取带来困难。
参照图5，文献2 "Switching-mode fluxgate, TRANSDUCERS '03. 12th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems, 2003, Vol. 2, ppl283 - 1286"禾口文献3 "Excitation efficiency of fluxgate sensors, Sensors and Actuators A 129, 2006, pp75—79,"公开了 一禾中激励端调谐的方 法减小磁通门剩磁误差。其激励信号是用开关电路产生的方波信号，在信号输出端1和磁通 门3的激励输入端2之间串联一个调谐电容Cr。利用磁通门激励线圈电感在铁芯饱和后减小 的特性，通过调节串联电容Cr使其与铁芯饱和后的磁通门激励线圈谐振，获得一种在峰值处 带有窄脉冲的正弦波激励电流信号。该方法经适当的调谐后，在经历磁场强度为5mT的冲击 后，剩磁可误差达到lnT，消耗功率为50mW。这种方法必须仔细调节串联电容的数值使其在激 励频率处与激励线圈电感产生谐振。当环境温度发生变化时，并联电容数值的变化和激励线 圈电感的变化有可能偏离或破坏这种谐振状态。在谐振状态，激励电流的峰值(即尖脉冲的 峰值)和激励电流的有效值调节很不方便。
发明内容
为了克服现有技术谐振调节困难的不足，本发明提供一种磁通门传感器激励电路，采用 电子线路分别对方波信号进行积分和微分获得三角波和尖脉冲信号，再将他们相加获得一 种在峰值处带有尖脉冲的三角波电压信号作为磁通门的激励信号。它的输出波形是靠电路 功能保证的，不用调节谐振，因而受温度影响小，且能方便调节激励电流峰值与有效值。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 一种磁通门传感器激励电路，其特点是 电阻R卜电容d与运算放大器Ai连接成反相积分器，电阻R2、电阻Rs、电容C2与运算放 大器A2连接成反相微分器，电阻Rs、电阻R7和运算放大器As连接成反相放大器，电阻R3、电阻R4、可调电阻W！和运算放大器A3连接成加法器，积分器和微分器的输入端连接在一起， 并与输入的方波信号端相连接，积分器的输出与加法器的一个输入端R3连接；微分器的输出 端与反相放大器的输入端相连，反相放大器的输出端与加法器的另一个输入端Wi连接，加 法器的输出端与磁通门的输入端之间连接电容Cp。
一种磁通门传感器激励电路，其特点是电阻R!、电容C,和运算放大器A,连接成反相
积分器，电阻R2、电阻R8、电容C2和运算放大器A2连接成反相微分器，电阻R3、电阻R4、
可调电阻W,和运算放大器A3连接成加法器，积分器输入端与输入的方波信号端相连接，输 入的方波信号端经反相器Ni与反相微分器的输入端相连，积分器的输出与加法器的一个输入 端R3连接；微分器的输出与加法器的另一个输入端W!连接，加法器的输出端与磁通门的输 入端之间连接电容Cp。
一种磁通门传感器激励电路，其特点是电阻R!、电容Q和运算放大器Ai连接成反相 积分器，电阻R2、电容C2和运算放大器A2连接成同相微分器，积分器和微分器的输入端连
接在一起，并与输入的方波信号端相连接，电阻R3、电阻R4、可调电阻W！和运算放大器 A3连接成加法器，积分器的输出与加法器的一个输入端R3连接；微分器的输出与加法器的另 一个输入端Wi连接，加法器的输出端与磁通门的输入端之间连接电容Cp。
一种磁通门传感器激励电路，其特点是电阻R9的一端与输入的方波信号端相连接，另 一端与运算放大器A4的反相端连接，电容C3的一端与运算放大器A4的反相端连接，另一端 与运算放大器A4的输出端连接，组成积分部分电路，电容C4的一端与输入的方波信号端相
连接，另一端与运算放大器A4的同相端连接，电阻R1G的一端与运算放大器A4的同相端连
接，另一端接地，组成微分部分电路，运算放大器A4的输出端与磁通门的输入端之间连接电
容Cp。
本发明的有益效果是由于采用积分、微分和相加的方法产生在三角波峰值处带有尖脉 冲的信号作为磁通门的激励信号。它的输出波形是靠电路功能保证的，不用调节谐振，因 而受温度影响小，且能方便调节激励电流峰值与有效值。本发明在经历磁场强度为10mT的 冲击后，剩磁可误差达到0.5nT，消耗功率为42raW。与背景技术对比，本发明在不进行调谐 的情况下，干扰磁场增大了一倍，剩磁误差减小了一半，功耗降低了8mW。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作详细说明。
图1是实施例1的电路图。
图2是实施例2的电路图。
图3是实施例3的电路图。图4是实施例4的电路图。 图5是背景技术的电路图。
图中，l-方波信号，2-磁通门激励输入端，3-磁通门，4-激励电路输出端。
具体实施例方式
实施例l:含反相微分器和反相放大器的磁通门传感器激励电路。参照图l.
(1) 电阻R卜电容Q和运算放大器A,连接成反相积分器；
(2) 电阻R2、电阻Rs、电容C2和运算放大器A2连接成反相微分器；
(3) 电阻116、电阻R7和运算放大器A5连接成反相放大器；
(4) 电阻R3、电阻R4、可调电阻W,和运算放大器A3连接成加法器，运算放大器A3
具有功率驱动能力，可不失真地输出本实施例电路产生的激励电压和激励电流；
(5) 积分器和微分器的输入端连接在一起，并与输入的方波信号1端相连接；
(6) 积分器的输出与加法器的一个输入端R3连接；微分器的输出端与反相放大器的输 入端相连；反相放大器的输出端与加法器的另一个输入端W,连接；
(7) 电阻R卜电容d、电阻R3和电阻R4的数值由磁通门的激励频率，所需激励电压 三角波部分的峰峰值和输入方波信号的峰峰值确定。所需激励电压三角波部分的峰峰值Vp-p 与电阻R,、电容Q、电阻R3和电阻R4、激励频率f和输入方波的峰峰值E之间的关系为
p_p4 R3 7 当激励频率为3kHz，输入方波的峰峰值为5V，所需激励电压三角波部分的峰峰值Vp-p为 1.25V时，电阻R4为lOkQ、电容d为33nF，电阻R3和电阻R4均为10 kQ 。电阻R卜电 容d、电阻R3和电阻R4的数值也可以是满足上述关系的其他组合；
(8) 激励频率f由所使用的磁通门的要求确定，激励电压三角波部分的峰峰值Vp-p大 于使磁通门铁芯饱和的最小激励电压峰峰值。本实施例中激励频率f为3kHz，激励电压三角 波部分的峰峰值Vp-p为1.25V;
(9) 积分器的时间常数Ti (电阻R,和电容Q的乘积)大于微分器的时间常数T2 (电
阻R2和电容C2的乘积)，根据对尖脉冲的宽度和幅度要求，^是T2的2至200倍；本实施 例中，R!为10kQ、电容C!为33nF时，R2为5kQ、电阻Rs为5kQ、电容C2为470pF;
(10) 可变电阻W,的可变范围为0至电阻R4的10倍。
(11) 在加法器的输出端4与磁通门3的输入端2之间连接电容Cp，其数值大于10uF， 本实施例中取电容Cp的值为100 uF。本实施例采用积分、微分和相加的方法产生在三角波峰值处带有尖脉冲的信号作为磁 通门的激励信号。与背景技术对比，本实施例在不进行调谐的情况下，干扰磁场增大了一 倍，剩磁误差减小了一半，功耗降低了8mW。
实施例2:含反相器和反相微分器的磁通门传感器激励电路。参照图2。
(1) 电阻R卜电容d和运算放大器A,连接成反相积分器；
(2) 电阻R2、电阻R8、电容C2和运算放大器A2连接成反相微分器；
(3) 电阻R3、电阻R4、可调电阻W,和运算放大器A3连接成加法器，运算放大器八3
具有功率驱动能力，可不失真地输出本实施例电路产生的激励电压和激励电流；
(4) 积分器输入端与输入的方波信号1端相连接；
(5) 输入的方波信号1端经反相器N!与反相微分器的输入端相连；
(6) 积分器的输出与加法器的一个输入端R3连接；微分器的输出与加法器的另一个输 入端Wi连接；
(7) 电阻R卜电容d、电阻R3和电阻R4的数值由磁通门的激励频率，所需激励电压 三角波部分的峰峰值和输入方波的峰峰值确定。所需激励电压三角波部分的峰峰值Vp-p与电 阻Ri、电容C!、电阻R3和电阻R4、激励频率f和输入方波的峰峰值E之间的关系为
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当激励频率为3kHz，输入方波的峰峰值为5V，所需激励电压三角波部分的峰峰值Vp-p为 1.25V时，电阻Ri为10kQ、电容d为33nF，电阻&和电阻R4均为10 kQ 。电阻&、电 容d、电阻R3和电阻R4的数值也可以是满足上述关系的其他组合；
(8) 激励频率f由所使用的磁通门的要求确定，激励电压三角波部分的峰峰值Vp-p大 于使磁通门铁芯饱和的最小激励电压峰峰值。本实施例中激励频率f为3kHz，激励电压三角 波部分的峰峰值Vp-p为1.25V;
(9) 积分器的时间常数^ (电阻R4和电容d的乘积)大于微分器的时间常数T2 (电
阻R2和电容C2的乘积)，根据对尖脉冲的宽度和幅度要求，^是T2的2至200倍；本实施 例中，R!为10kQ、电容d为33nF时，R2为5kQ、电阻Rg为5kQ、电容C2为470pF;
(10) 可变电阻W!的可变范围为0至电阻R4的10倍。
(11) 在加法器的输出端4与磁通门3的输入端2之间连接电容Cp，其数值大于10uF， 本实施例中取电容Cp的值为100 uF。
本实施例采用积分、微分和相加的方法产生在三角波峰值处带有尖脉冲的信号作为磁通门的激励信号。与背景技术对比，本实施例在不进行调谐的情况下，干扰磁场增大了一 倍，剩磁误差减小了一半，功耗降低了 8mW。与实施例1的不同在于去掉了微分器后面 的反相放大器，采用开关电路中的反相器获得正确极性，该反相器可包含在输入方波信号 的产生电路中。
实施例3:含同相微分器的磁通门传感器激励电路。参照图3
(1) 电阻Ri、电容d和运算放大器A,连接成反相积分器；
(2) 电阻R2、电容C2和运算放大器A2连接成同相微分器；
(3) 积分器和微分器的输入端连接在一起，并与输入的方波信号1端相连接；
(4) 电阻R3、电阻R4、可调电阻W^和运算放大器A3连接成加法器，运算放大器A3
具有功率驱动能力，可不失真地输出本实施例电路产生的激励电压和激励电流；
(5) 积分器的输出与加法器的一个输入端R3连接；微分器的输出与加法器的另一个输 入端Wi连接；
(6) 电阻Ri、电容d、电阻R3和电阻R4的数值由磁通门的激励频率，所需激励电压 三角波部分的峰峰值和输入方波的峰峰值确定。所需激励电压三角波部分的峰峰值Vp-p与电 阻R,、电容C,、电阻R3和电阻R4、激励频率f和输入方波的峰峰值E之间的关系为
p-p4 R3 R,C! 7 当激励频率为3kHz，输入方波的峰峰值为5V，所需激励电压三角波部分的峰峰值Vp-p为 1.25V时，本实施例中，电阻R!为10kQ、电容C为33nF，电阻113和电阻R4均为10 kQ 。 电阻Ri、电容d、电阻R3和电阻R4的数值也可以是满足上述关系的其他组合；
(7) 激励频率f由所使用的磁通门的要求确定，激励电压三角波部分的峰峰值Vp-p大 于使磁通门铁芯饱和的最小激励电压峰峰值；本实施例中激励频率f为3kHz，激励电压三角 波部分的峰峰值Vp-p为1.25V;
(8) 积分器的时间常数、(电阻R!和电容d的乘积)大于微分器的时间常数、(电
阻R2和电容C2的乘积)，根据对尖脉冲的宽度和幅度要求，^是T2的2至200倍；本实施 例中，R4为10kQ、电容d为33nF时，R2为5kQ、电容C2为470pF;
(9) 可变电阻W,的可变范围为0至电阻R4的10倍。
(10) 在加法器的输出端4与磁通门3的输入端2之间连接电容Cp，其数值大于10uF， 本实施例中取电容Cp的值为100 uF。
本实施例采用积分、微分和相加的方法产生在三角波峰值处带有尖脉冲的信号作为磁通门的激励信号。与背景技术对比，本实施例在不进行调谐的情况下，干扰磁场增大了一 倍，剩磁误差减小了一半，功耗降低了8mW。与实施例1的不同在于去掉了反相放大器， 反相积分器改为同相积分器，使电路更简单。与实施例2的不同在于去掉了反相器，反相 积分器改为同相积分器，使电路更简单。
实施例4:单运算放大器的磁通门传感器激励电路。参照图4。
(1) 电阻R9的一端与输入的方波信号1端相连接，另一端与运算放大器A4的反相端连 接，电容C3的一端与运算放大器A4的反相端连接，另一端与运算放大器A4的输出端连接，
组成积分部分电路；
(2) 电容Q的一端与输入的方波信号1端相连接，另一端与运算放大器A4的同相端连 接，电阻RU)的一端与运算放大器A4的同相端连接，另一端接地，组成微分部分电路；
(3) 运算放大器A4具有功率驱动能力，可不失真地输出本实施例电路产生的激励电压 和激励电流；
(4) 电阻R9和电容C3的数值由磁通门的激励频率，所需激励电压三角波部分的峰峰值 和输入方波的峰峰值确定。所需激励电压三角波部分的峰峰值Vp-p与电阻R9、电容Cs、激
励频率f和输入方波的峰峰值E之间的关系为
v =且丄.丄 p一p4 R5C3 f
当激励频率为3kHz，输入方波的峰峰值为5V，所需激励电压三角波部分的峰峰值Vp-p为 1.25V时，电阻R9为10kQ、电容C3为33nF;电阻R9、电容C3的数值也可以是满足上述关 系的其他组合；
(5) 激励频率f由所使用的磁通门的要求确定，激励电压三角波部分的峰峰值Vp-p大 于使磁通门铁芯饱和的最小激励电压峰峰值，本实施例中激励频率f为3kHz，激励电压三角 波部分的峰峰值Vp-p为1.25V;
(6) 积分时间常数13 (电阻R9和电容C3的乘积)大于微分时间常数^ (电阻Rn)和
电容C4的乘积)；根据对尖脉冲的宽度和幅度要求，13是1:4的2至200倍；本实施例中，电 阻Ro为10kQ、电容C3为33nF时，Ru)为25kQ、电容C4为510pF;
(7) 在运算放大器A4的输出端4与磁通门3的输入端2之间连接电容Cp，其数值大于 10uF,本实施例中取电容Cp的值为100 uF。
本实施例采用积分、微分和相加的方法产生在三角波峰值处带有尖脉冲的信号作为磁 通门的激励信号。与背景技术对比，本发明在不进行调谐的情况下，干扰磁场增大了一倍，剩磁误差减小了一半，功耗降低了 8mW。与实施例1、实施例2和实施例3的不同在于仅 采用一个运算放大器、两个电阻和两个电容实现了积分、微分和相加功能，最大限度地减 少了电路使用的元件数目。
权利要求
1、一种磁通门传感器激励电路，其特征在于电阻R1、电容C1与运算放大器A1连接成反相积分器，电阻R2、电阻R5、电容C2与运算放大器A2连接成反相微分器，电阻R6、电阻R7和运算放大器A5连接成反相放大器，电阻R3、电阻R4、可调电阻W1和运算放大器A3连接成加法器，积分器和微分器的输入端连接在一起，并与输入的方波信号端相连接，积分器的输出与加法器的一个输入端R3连接；微分器的输出端与反相放大器的输入端相连，反相放大器的输出端与加法器的另一个输入端W1连接，加法器的输出端与磁通门的输入端之间连接电容Cp。
2、 一种磁通门传感器激励电路，其特征在于电阻R卜电容d和运算放大器Ai连接成 反相积分器，电阻R2、电阻R8、电容C2和运算放大器A2连接成反相微分器，电阻R3、电阻R4、可调电阻Wi和运算放大器A3连接成加法器，积分器输入端与输入的方波信号端相连接， 输入的方波信号端经反相器N,与反相微分器的输入端相连，积分器的输出与加法器的一个输 入端R3连接；微分器的输出与加法器的另一个输入端W!连接，加法器的输出端与磁通门的 输入端之间连接电容Cp。
3、 一种磁通门传感器激励电路，其特征在于电阻R^电容d和运算放大器A!连接成反相积分器，电阻R2、电容C2和运算放大器A2连接成同相微分器，积分器和微分器的输入端连接在一起，并与输入的方波信号端相连接，电阻R3、电阻R4、可调电阻Wi和运算放大 器A3连接成加法器，积分器的输出与加法器的一个输入端R3连接；微分器的输出与加法器 的另一个输入端Wi连接，加法器的输出端与磁通门的输入端之间连接电容Cp。
4、 一种磁通门传感器激励电路，其特征在于电阻R9的一端与输入的方波信号端相连接，另一端与运算放大器A4的反相端连接，电容C3的一端与运算放大器A4的反相端连接，另一端与运算放大器A4的输出端连接，组成积分部分电路，电容C4的一端与输入的方波信号端相连接，另一端与运算放大器A4的同相端连接，电阻R1Q的一端与运算放大器A4的同 相端连接，另一端接地，组成微分部分电路，运算放大器A4的输出端与磁通门的输入端之间连接电容Cp。
全文摘要
本发明公开了一种磁通门传感器激励电路，其特点是采用积分、微分和相加的方法把方波信号转换成在峰值处带有尖脉冲的三角波电流信号作为磁通门的激励信号。该电路的一种形式是由一个积分器、一个微分器和一个加法器组成；另一种形式是由一个运算放大器、两个电阻和两个电容组成。第一种形式中的微分电路有同相微分器、反相器加反相微分器和反相微分器加反相放大器三种形式。该电路可以用于产生磁通门传感器的激励信号，在低功耗条件下降低磁通门的剩磁误差，且不需要激励电路工作在调谐状态。本发明的有益效果是，在经历磁场强度为10mT的冲击后，剩磁误差可达到0.5nT，消耗功率为42mW。
文档编号H03K5/02GK101604966SQ20091002329
公开日2009年12月16日 申请日期2009年7月10日 优先权日2009年7月10日
发明者刘诗斌, 崔智军 申请人:西北工业大学