[实用新型]一种用于磁传感器的电流偏置电路

说明书

技术领域

本实用新型属于弱磁测量装置技术领域，具体的是一种用于磁传感器的电流偏置电路。 

背景技术

高精度微磁传感器在生物磁测量、地磁导航、地磁测量、空间磁场测量等科研领域具有广泛的应用前景和迫切需求。磁传感器是一种能把磁场转换成相应电信号的转换器，用来实现磁传感器的原理有很多，例如霍尔效应、磁阻效应、巨磁阻效应、巨磁阻抗效应、核进动、超导量子干涉仪、磁弹性效应等。在超高精度磁测量领域，比如生物磁信号测量，典型的心脏磁场为10^-9-10^-10特斯拉(T)，脑磁场为10^-11-10^-12T，目前能够真正满足检测10^-12T量级测量精度的磁传感器有光泵磁强计、探测线圈磁强计、磁通门磁强计、巨磁阻抗磁强计、超导量子干涉仪(SQUID)。 

超导量子干涉仪探测精度最高，可以达到10^-14T(高温超导)和10^-15T(低温超导)，但由于设计制作和使用较为复杂，限制了其大规模应用。磁通门磁强计灵敏度可达8×10^-5A/m，但由于杂散电容，磁芯绕组会使该磁传感器的响应速度降低。霍尔传感器温度稳定性差，弱磁灵敏度小不利于小电流测量。巨磁电阻(GMR)元件是利用某些磁性材料的巨磁电阻效应，这种效应是在外加磁场的情况下材料的电阻发生巨变的现象，其灵敏度可以提高一个数量级，达到1％/Oe，但用GMR材料制作的传感器仍不十分理想，通常只在低温与外加强磁场(大约10kOe)下才可看到，且又仅限于GMR效应并不十分显著的金属多层膜材料，且还存在磁滞、温度不稳定等问题。这些都限制了其在磁电测量领域中的应用。基于巨磁阻抗(GMI)效应的磁传感器，在室温下就可以得到相当大的磁阻抗效应，一般能达到12％-120％/Oe的灵敏度，这一点对于弱磁场的检测有重大的意义，具有可制成微型、高灵敏度(1-0.1nT)、快速响应、无磁滞、温度稳定性好的优点，并且与微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems，简称MEMS)工艺兼容。 

巨磁阻抗效应是指敏感器件如非晶丝的轴向阻抗值会随着外磁场的变化而变化。因此通过检测敏感器件两端电压的变化即可间接反映外磁场与敏感器件阻抗值的对应关系。而这一点需要在保证激励电流的稳定性的前提下才能实现，否则便无法知道电压变化究竟是由电流变化引起的还是阻抗值变化引起的，目前，采用巨磁阻抗效应的磁传感器采用分立元件搭建信号发生器。其次，巨磁阻抗效应的磁传感器对外磁场的阻抗变化通常是对称的，即对于正反磁场，电压的变化都是相同的，因此无法判断所测外磁场的方向，同时线性度也不好。一般情况是加上偏置磁场，使检测区间位于磁化曲线的线性段，同时也能反映出外磁场的方向。 另外，对于开环的磁传感器系统，总的相对误差是各个串联环节相对误差之和，每个相对误差对系统总的相对误差是等权的，因此要保证系统总精度，必须要减小每个环节的相对误差。因为无法保证每个环节的相对误差都很小，所以通常开环的磁传感器系统的测量精度都不太理想，同时由于磁性材料磁化曲线的线性区间很窄等原因，检测到的外磁场量程有限，因此需要采用反馈技术组成闭环的磁传感器系统，进一步提高磁传感器系统的性能。 

实用新型内容

本实用新型针对磁传感器中敏感器件的GMI效应，提出了一种用于磁传感器的电流偏置电路。 

一种用于磁传感器的电流偏置电路，包括：信号发生电路、V/I转换电路、前置放大电路、峰值检波电路、低通滤波电路、差分放大电路、直流偏置电路、反馈电路、偏置线圈、反馈线圈和参考电压源。 

信号发生电路用于产生原始高频交流电压信号，经V/I转换电路转化为交流电流信号，为敏感器件提供激励，敏感器件两端产生高频交流电压信号。前置放大电路的输入端接在敏感器件的两端，用于将敏感器件两端产生的高频交流电压信号进行一级放大，前置放大电路的输出端与峰值检波电路的输入端相连。峰值检波电路用于将进行一级放大后的高频交流电压信号转换为峰值直流电压信号。低通滤波电路将峰值直流电压信号做高频噪声滤除处理，得到直流电压信号。差分放大电路用于将直流电压信号与参考电压源提供的基准电压信号进行差分运算并放大，得到输出电压信号V₀。直流偏置电路用于产生一个偏置电流信号输出给偏置线圈产生偏置磁场。反馈电路用于将差分放大电路的输出电压信号V₀转化成电流信号反馈到反馈线圈产生反馈磁场。偏置线圈与反馈线圈分别置于敏感器件的两侧，且都接地。