[发明专利]具有测量频率扫描功能的交流感应磁场传感器

说明书

技术领域

本发明涉及弱磁场测量、交流磁场测量装置技术领域，尤其涉及具有测量频率扫描功能的交流感应磁场传感器。

背景技术

交流磁场传感器广泛应用于工业、测量和医学等领域，目前的应用中存在很多磁场测量手段和测量技术，常用的有霍尔效应、巨磁电阻效应、巨磁阻抗效应和超导量子干涉效应等多种类型的技术，产生了探测线圈传感器、巨磁电阻传感器、巨磁阻抗传感器、霍尔传感器、磁通门传感器和超导量子干涉仪等相关产品。

采用巨磁阻抗效应的传感器与磁通门传感器、巨磁电阻传感器等其它传感技术相比，在机械、力学、化学和电磁性能上都有明显优势，具有较高的灵敏度，尤其是具有微型尺寸和快速响应等优点，在此技术基础上已经研制成大量的新型基于磁场测量的传感器。

采用巨磁阻抗效应制作的磁场传感器，其主要工作原理是当非晶丝（带）上施加高频激励电流信号时，通过非晶丝（带）轴向的被测磁场信号使非晶丝（带）两端的阻抗随被测磁场信号的变化而变化，使用相应电路形式把这种阻抗变化转变为其它信号形式，可以实现对磁场的测量。

目前采用非晶丝（带）的复阻抗随被测磁场信号改变的原理制作传感器的方法主要有二种：（1）将非晶丝（带）的阻抗变化转变为频率的变化，即将非晶丝（带）作为可变电抗部件，应用于振荡电路，其阻抗变化转变为频率的变化，通过对频率信号处理，实现磁场信号的检测，电路中一般包括振荡电路、整流电路（检波电路）和放大电路。（2）直接测量非晶丝（带）两端的复阻抗，比如，使用电桥，将非晶丝（带）应用到电桥电路的一个桥臂上，电桥的输出是一个与激励信号同频率、具有固定相差的信号，其幅频特性反应了阻抗的变化,实现磁场信号的测量，以及使用矢量阻抗测试方法，通过对非晶丝（带）两端电压、电流幅度和相位的测量，实现复阻抗测量。

交流磁场测量环境中存在着各种类型的噪声和干扰，而且被测交流磁场信号非常微弱，目前采用的方法都不能有效地滤除噪声和干扰。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种具有测量频率扫描功能的交流感应磁场传感器。

本发明提供了一种具有测量频率扫描功能的交流感应磁场传感器，包括频率可调多通道信号发生器、第一变频器、晶体滤波器、第二变频器、带通滤波器、低噪声放大器、探头，所述频率可调多通道信号发生器分别与所述探头、第一变频器、第二变频器、所述相敏检测器、所述激励磁场线圈相连，所述探头、所述第一变频器、所述晶体滤波器、所述第二变频器、所述带通滤波器、所述相敏检测器、所述低通滤波器、所述低噪声放大器依次相连。

作为本发明的进一步改进，所述探头包括非晶材料部件、前置放大器、直流偏置线圈，所述非晶材料部件与所述前置放大器输入端相连，所述频率可调多通道信号发生器与所述非晶材料部件相连，所述直流偏置线圈缠绕于所述非晶材料部件外表面，所述前置放大器输出端与所述第一变频器相连；

所述频率可调多通道信号发生器：用于分别提供所述非晶材料部件高频激励频率信号、第一变频器的调制频率信号、第二变频器的解调频率信号、以及相敏检测器参考频率信号；

所述直流偏置线圈：用于产生偏置磁场；

所述非晶材料部件：用于在高频激励频率信号和直流偏置磁场的作用下，所述非晶材料部件两端的复阻抗随着通过其轴向分量的被检测交流磁场信号的变化而变化，在电路中所述非晶材料部件两端产生反映被检测交流磁场信号幅度变化的交流电压信号；

所述前置放大器：用于对非晶材料部件输出的交流电压信号进行初步放大；

所述第一变频器：用于将所述频率可调多通道信号发生器输出的调制频率信号与非晶材料部件输出的交流电压信号混频或变频，所述第一变频器输出的信号中含有等于所述晶体滤波器的中心频率的信号；

所述晶体滤波器，其中心频率为所述非晶材料部件激励频率、被测交流磁场信号频率、调制信号频率组合频率的一个，经过该晶体滤波器后，其余频率的输出信号被滤除；

所述第二变频器，用于将所述晶体滤波器输出频率信号和解调频率信号进行混频或变频，经混频或变频后所述第二变频器输出信号中含有被测交流磁场信号和其它组合频率信号；

所述带通滤波器，所述第二变频器输出的信号中其它组合频率信号远高于被测交流磁场信号频率，使用所述带通滤波器将组合频率滤掉；

所述相敏检测器，所述带通滤波器输出的信号中包含激励磁场信号和导体或极性介质感应的磁场信号，两个信号存在着相差，利用频率可调多通道信号发生器提供的相敏检测器参考信号，检测出反映感应磁场信号的直流分量；