[发明专利]磁传感器

说明书

本发明涉及一种用于定向、测磁等方面的磁传感器。

目前，基于饱和法测磁原理的磁传感器，其电路部分均采用振荡器（29）、解调器（26）、交流放大器（25）、选频滤波器（24）、二分频（28）、功率放大器（27）、直流放大器（30）、采样电阻（31），信号绕组（32），激磁绕组（22）和反馈绕组（23）组成。此种电路以直流磁场反馈措施提高测量线性度，使输出电压与被测磁场强度成比例。此种电路的软磁铁芯要求严格的热处理和配对，信号绕组需要较多的匝数，滤波器复杂而且效率低，信号中由于有过多的谐波信号分量和正交信号分量，使得交流放大器的增益受到限制。在结构上，探头都是固定在台体上，调试时只能盲目的、小范围地微动探头所处的位置。另外，通常每轴上的探头内部均采用玻璃管或其他绝缘管安装磁芯，磁芯在玻璃管内实际上处于非配合状态，所以加工零件时的高精度及装配时的配合安装，均被磁芯的这种状态吃掉。因此，很难提高磁传感器的精度。

本发明的目的是，减少传感器信号绕组的匝数，简化工艺过程及工艺要求，提高磁传感器的测试精度。

本发明的技术解决方案是：振荡器、放大器、解调器、磁芯组成磁传感器的电路部分，信号绕组接于运算放大器的反相输入端，激磁绕组与功率放大器输出端相接，筒子状探头安装在台体上，探头在安装孔内可绕其自身安装轴转动使其敏感轴处于所在的平面内。

本发明的优点是，由于运算放大器的输入阻抗趋于零，故产生虚地效应，因此，传感器信号绕组的匝数大大减少，开关滤波器的应用使得高Q值滤波、正交切除及积分校正的功能在线路上实现一体化，不但简化了电子线路，还大大降低了对传感器磁性材料以及激磁绕组匝数准确性与绕组位置精确性的要求，并减小了线路的归算漂移，提高了磁传感器的精度。在结构上，每单个探头均采用筒子结构，使其可以在安装台体上绕自身轴旋转，若是三个探头，每个探头之间可以进行正交性调整，同时可以调整探头与安装坐标系的重合性。三轴磁传感器中的两个探头，固定安装在台体上两个垂直面上，第三个探头采用滑块式结构，可以在一个平面内旋转一定角度。最终保证三个轴的正交性以及与安装坐标系的重合性。采用此种电路及结构形式，简化了调试工艺，而且使调试时有章可循，减小盲目性、重复性。

图1现有技术方框图。

图2单轴线路原理图。

图3探头安装结构示意图。

图4探头结构示意图。

图5三轴线路原理图。

图6绕线形式示意图。

图7敏感轴旋转区域示意图。

图8三个探头安装轴示意图。

图2中虚框Ⅰ为振荡部分，为方波信号源，虚框Ⅱ为二分频部分，CD4013的第1脚输出信号Q与第2脚输出信号Q作为开关滤波器与解调器的参考信号，CD4013的第13脚输出信号作为激磁信号功律放大器的输出电阻（R₂）。虚框Ⅲ为激磁信号的功率放大部分。虚框Ⅳ为单轴磁传感器的伺服放大部分。虚框Ⅴ为单轴探头，探头激磁绕组的信号来自功率放大器的输出端，经R₁接激绕组（19）。若是三轴磁传感器，则（如图5）CD4013的第1、2脚输出的信号Q、Q要相应地控制三路 开关滤波器与解调器，三路开关滤波器与解调器的线路搭配和电路参数相同，三个激磁绕组串联接（R₁）三个信号绕组分别接（R₅）、（R′₅）、（R″₅）。交流放大器中输入电阻（R₅）的取值很小，根据传输距离及探头线圈的阻值，可取10欧姆～300欧姆。这样可使信号绕组（17）、（18）匝数（N₂）大幅度减少，在理论上可减少100倍以上，但在实际应用中，考虑到信号在传输距离上的衰减，一般可减少10倍左右。开关滤波器的应用主要是降低了对探头的要求，简化了磁芯热处理、选配等工艺;放松了对激磁绕组（19）、（20）匝数准确性和绕组位置精确性的要求。多功能开关滤波器由开关（SW₁）、（SM₂）把信号频率控制在2倍于激磁频率的频率上，所以除有用的二次谐波信号外，其余的基波信号和高次谐波信号以及二次谐波的正交分量均被滤除。在整个伺服回路中，滤波电容（C₆）、（C₇）滤波电阻（C₉）形成的时间常数，对系统又具有积分校正作用。