[发明专利]基于单片机的磁通门激励信号产生方法及磁通门激励电路

说明书

本发明公开了一种基于单片机的磁通门激励信号产生方法及磁通门励磁电路，其利用包含有定时/计数器T0和定时/计数器T1的单片机产生，单片机分别与磁通门磁力仪的相敏检波电路和激励信号功率驱动电路连接；定时/计数器T0工作在自动装载的工作模式0，其计数周期输出作为输入相敏检波电路的参考信号；定时/计数器T1工作在非自动装载的工作模式1，其计数周期输出作为磁通门激励信号。本发明利用单片机的两个定时/计数器产生激励信号和相敏检波器输入参考信号，并能实现对激励信号和参考信号的高精度相位调节，有助于提升磁通门的信号检测精度；且由于不包含模拟电路，不会产生温漂，有助于提升磁通门磁力仪的工作稳定性。

技术领域

本发明属于地磁观测技术领域，涉及地磁观测使用的磁通门磁力仪，具体涉及一种基于单片机的磁通门激励信号产生方法及磁通门激励电路。

背景技术

地磁观测是地震研究中一种重要的地球物理观测手段，需要在不同地点以一定空间密度对地球磁场进行连续的、高精度的监测，其中主要采用磁通门磁力仪作为地磁三分量矢量观测的仪器。

磁通门磁力仪是一种用以测量直流或低频磁场的向量式灵敏传感器，也是用来测量准静态和缓慢变化向量磁场使用最为广泛的仪器。其基本原理是基于铁芯材料的非线性磁化特性，其敏感元件为高磁导率、易饱和材料制成的铁芯，铁芯上有两个绕组线圈：一个是激励线圈，另一个是感应线圈。在激励线圈中的频率为f₀的交变激励信号EXC_CLK的磁化作用下，铁芯的导磁特性发生周期性饱和与非饱和的变化，从而使感应线圈感应出反映外界磁场的信号，该信号包括激励信号基波f₀以及其他各次谐波成分，其中偶次谐波含有外磁场的信息。在磁通门信号检测电路中，感应线圈输出信号经选频放大和相敏检波电路PSD，从各次谐波中选出幅度与被测磁场成比例的二次谐波信号2f₀并整流，输出比例于被测磁场的电压信号。在具有选频特性的相敏检波器PSD电路中，需要一个与二次谐波信号2f₀频率相同、相位一致的参考电压信号PSD_CLK。

实际中磁通门激励信号EXC_CLK和相敏检波的参考信号PSD_CLK由同一信号产生电路经不同分频后产生，但激励信号和感应线圈的二次谐波信号经前端信号处理电路后带来附加相移，使二次谐波信号2f₀和相敏检波器参考信号PSD_CLK之间具有相位差而使得检波效率降低甚至引起磁通门信号检测电路系统工作的不稳定，因此要对参考信号PSD_CLK或激励信号EXC_CLK进行移相使二次谐波信号和参考信号相位相同。当前的移相方法主要有模拟电路移相和数字电路移相。

基于模拟移相的磁通门激励信号产生电路如图1所示，信号产生电路输出的高频信号一路经分频器一后获得输出频率为2f₀的相敏检波器输入参考信号PSD_CLK。另一路经另一分频器二后获得频率为f₀的信号，再经波形变换为正弦波或三角波等，经模拟移相电路进行移相，由驱动输出电路进行功率放大作为磁通门激励信号EXC_CLK。然而，基于模拟移相的激励信号产生电路结构较为复杂，所需用元器件数量较多，不利于降低功耗和减小系统体积；更主要的是模拟电路元件参数易受温度变化影响，使磁通门输出信号产生较大温漂。

基于数字电路移相的磁通门激励信号产生电路如图2所示。信号产生电路输出的高频信号一路经分频器一分频后输出频率为2f₀的信号作为相敏检波器的输入参考信号PSD_CLK；另一路经分频器二分频后得到频率为f₀的信号，再经数字移相电路进行移相后，由驱动输出电路进行功率放大作为磁通门的激励信号EXC_CLK。然而，基于数字电路移相的激励信号产生电路结构较为复杂，所需用元器件数量较多，不利于减小电路体积；而且，数字电路移相时由多位开关设置移相量大小，移相精度受开关位数和电路复杂度制约。