基于非晶丝多芯式正交磁通门传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种弱磁场检测装置，尤其涉及一种利用非晶丝磁敏材料作为磁芯的正交磁通门效应磁传感器。
【背景技术】
[0002]磁通门传感器的工作原理是基于磁芯材料的非线性磁化效应，其通常分为平行磁通门传感器和正交磁通门传感器。二者在交变激励信号的磁化作用下，磁芯的导磁特性发生周期性饱和与非饱和变化，使得缠绕在磁芯上的感应线圈感应输出与外磁场成正比的调制信号，通过特定检测装置的检测，最终提取出被测外磁场信息。
[0003]正交磁通门传感器产生于上世纪四十年代，在二十世纪七十年代正交磁通门技术迅速发展，由于其噪声等关键性指标不及平行磁通门传感器，随后被遗忘了二十多年。近年来，随着新材料和新技术的应用，同时，软磁材料制备技术和集成电路工艺的日益成熟，正交磁通门传感器又重新获得关注，其研宄也日益活跃。正交磁通门传感器未来的发展趋势是向着低噪声、高分辨率、大动态范围，小型化、低成本、新磁芯材料的方向发展。
[0004]非晶磁性材料是杜韦斯(Duwes)上世纪六十年代用液体淬火法率先合成的，如今这种敏感功能材料已在传感器中得到日益广泛的应用，而且展望未来，还可用于更大的发展空间。非晶磁性材料具有下列特性:1.具有高导磁率，损耗小。即旋转磁化容易，各向磁场敏感度高，因此，可用来构成高灵敏度磁场计或磁通量传感器；2.具有高电阻率，是坡莫合金的几倍。因此，即使是高频率范围内也可得到较小的涡流损耗和极好的磁特性；3.不存在晶粒边界、位错等晶体材料固有的缺陷，机械强度高，抗化学性强；4.直到居里温度(约200K-500K)，其组合成分均可随意确定。其中，Co基非晶丝因其优异的软磁特性，作为磁敏材料得到广泛应用。
【发明内容】
[0005]本实用新型旨在提供一种基于非晶丝磁敏材料作为磁芯设计的多芯式正交磁通门传感器，以提高模拟信号处理电路的信噪比，达到对被测磁场准确检测和捕捉的目的。
[0006]非晶丝磁敏材料最显著的特性为巨磁阻抗效应，即在高频激励信号作用于近零磁致伸缩系数的非晶丝两端，其内部的畴壁位移和磁畴转动引起磁导率发生改变，阻抗Z会沿丝轴方向施加的外磁场发生巨大变化，导致非晶丝两端的电压值随之发生变化，通过信号处理电路就可得到电压值随外磁场的变化值。而本实用新型采用真空熔体抽拉设备冷拔并经退火处理的Co基非晶丝作为磁芯材料，利用多芯式磁通门效应设计的磁传感器，即非晶丝磁芯随高频激励磁场的变化周期性地达到深度饱和，磁芯磁通量的变化引起磁芯磁导率周期性变化，从而引起外围感应线圈产生与外磁场成比例的调制信号，通过模拟信号处理电路中的电压值反映出磁场的变化情况，达到对被测磁场检测和捕捉的目的。
[0007]本实用新型是通过以下技术来实现的:
[0008]一种基于非晶丝多芯式正交磁通门传感器，包括Co基非晶丝多芯式磁芯、感应线圈、偏置线圈以及模拟信号处理单元。
[0009]Co基非晶丝多芯式磁芯包括三根呈“V”字形排列的性能一致的Co基非晶丝、PCB电路板以及套在三根Co基非晶丝外的绝缘陶瓷管。
[0010]三根Co基非晶丝长度相同、性能一致，并且呈紧密平行排列，为了获得更加紧凑的结构，三根非晶丝中的两根在同一个平面内平行排列，第三根置于前两根非晶丝的下方中间位置，形成“V”字形排列结构。经试验证明，“V”字形多芯式磁芯结构能有效增加磁芯材料的磁通门效应，提高传感器的信噪比和灵敏度。由于非晶丝材料的钎料湿润性能差及自身尺寸较小，为防止高温焊接影响非晶丝的磁畴结构，本实用新型利用导电胶将Co基非晶丝两端分别接入到PCB电路板的两个焊点上，从而构成多芯式磁芯的主要部分。
[0011]感应线圈和偏置线圈分别独立缠绕在绝缘陶瓷管上。
[0012]模拟信号处理单元包括高频激励信号发生电路、可变电阻的电位器、移相器、偏置电路以及与感应线圈两端顺序电连接的前置低噪声放大器、锁相放大电路、二阶低通滤波器和后置放大器。偏置电路连接在偏置线圈上。移相器连接在高频激励信号发生电路与锁相放大器之间。
[0013]高频激励信号发生电路的一端直接接入到Co基非晶丝多芯式磁芯的一端，为了调节激励电流的幅度，高频激励信号发生电路的另一端通过可变电阻的电位器接入到Co基非晶丝多芯式磁芯的另一端。
[0014]Co基非晶丝的直径为lOOum，长度为30mm。
[0015]由于磁传感器的感应线圈输出的感应信号存在一定的噪声，只有在有效地抑制噪声的条件下放大微弱信号的幅度，才能提取出有用的信号。本实用新型的模拟信号处理单元首先利用前置低噪声放大器对感应线圈输出电压进行放大，再通过锁相放大电路检测出其峰值大小，再经二阶低通滤波器实现平滑处理，最终经后置放大器将信号放大后输出，从而得到随外界磁场变化的电压值。锁相放大电路是利用互相关原理设计的一种同步相关检测，其利用参考信号与被测信号的互相关特性，从而提取出与参考信号同频率和同相位的被测信号。
[0016]本实用新型所述的基于非晶丝多芯式正交磁通门传感器的有益效果包括:
[0017]1、采用真空熔体抽拉设备冷拔并经退火处理的Co基非晶丝作为磁敏材料，具有零磁滞伸缩系数、超软磁性能。
[0018]2、三根性能一致的Co基非晶丝采用“V”字形紧凑排列结构，可有效增加磁芯材料的磁通门效应，提高传感器的信噪比和灵敏度。
[0019]3、连接在绝缘陶瓷管外偏置线圈上的偏置电路，可对磁敏材料非晶丝的线性工作点进行调节，使传感器处于线性工作区，并且获得了较高的灵敏度。
[0020]4、锁相放大电路结合移相器对前置低噪声放大器拾取的微弱信号进行放大后的调制和解调，可获得更高的信噪比信号，大大提高了信号处理的可靠性和稳定性。
[0021]5、Co基非晶丝多芯式磁芯结构设计简单、合理，模拟信号处理单元性能优异，处理后的探测信号灵敏度高、频带宽、稳定性好，适合对弱磁场信息的捕捉和监测。
【附图说明】
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