(完整版)磁通门技术

磁通门技术

I国内外研究现状

磁通门是利用被测磁场中高导磁铁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的一种传感器。磁通门传感器也称磁强计，由探头和接口电路组成，具有分辨率高(最高可达10-11T)、测量弱磁场范围宽(在10-8T以下)、可靠、简易、经济、耐用、能够直接测量磁场的分量和适于在高速运动系统中使用等特点。磁通门传感器的研究起始于1928年，几年后才出现了利用磁性材料自身磁饱和特性的磁通门磁强计，它被用来测量1mT以下的直流或低频交流磁场。1936年，Aschenbrenner和Goubau称达到了0.3nT的分辨率。在第二次世界大战中，用于军事探潜的磁通门传感器有了较大的发展。

用电流传感器作为电气设备绝缘在线检测系统的采样单元，已得到业内人士的共识。目前，电流传感器有多种类型，如霍尔传感器、无磁芯电流传感器、高导磁非晶合金多谐振荡电流传感器、电子自旋共振电流传感器等。由于电力系统使用环境的特殊性，许多传感器存在自身的局限性。目前应用于电力系统的电流传感器多是以电磁耦合为基本工作原理的，从采样方式上分，这类传感器主要有直接串入式、钳式、闭环穿芯式三种。大量的研究试验表明，基于“零磁通原理”的小电流传感器更适合电力系统绝缘在线检测的要求。本文所述小电流传感器即是以磁通门技术为基本原理，加上闭环控制在电子电路中的应用，使小电流传感器具有高精度、高稳定度、抗干扰能力强等优点[1]。

磁通门是一种磁测量传感器。由于它在动目标中可以极敏感地感应地磁强度,早在本世纪30年代就被应用于航磁测量部门。近20年来,在物理学、电子技术、金属冶炼等方面取得的巨大成果,使磁通门在弱磁测量、抗电磁干扰、耐高温、可靠性、寿命、价格方面取得了前所未有的进展。在地质勘探和石油钻井中,包括磁通门在内的敏感元件提供的有关钻头前进方向的信息,使按设计井身轨迹实现高质量定向—水平钻井成为可能。

我在这里简单列举几个国际上取得的成果。Milan M. Ponjavic 等人提出了一种自激震荡的磁通门传感器模型，对在模型中影响传感器工作的主要特性都进行了讨论[2]。Q. Ma等人设计了一种新型DC传感器，这种新型DC传感器可以有效提高测量的准确度，同时具有良好的线性度。这种传感器是基于磁势自平衡和反馈补偿的[3]。Eyal Weiss等人研究了一种正交磁通门传感器，这种传感器不仅改善了磁通门的等效磁噪声，而且简化了磁通门的输出过程[4]。Szewczyk, R课题组为我们呈现了一种双轴微型化磁通门传感器，这种传感器的铁芯由铁钴合金制造，并且依托于PCB多层技术，同时为磁通门的进一步微型化提供了依据[5]。

Guillermo Velasco-Quesada 等人设计了一种大电流测量装置，并且通过增加开关电源和产生

磁补偿电流开关使得在功率方面取得了很大的提高[6]。

II 磁通门技术原理

磁通门传感器是利用被测磁场中高导磁率磁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度

与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的。这种物理现象对被测环境磁场来说好像是一道

“门”，通过这道“门”，相应的磁通量即被调制，并产生感应电动势。利用这种现象来测量

电流所产生的磁场，从而间接的达到测量电流的目的。

磁通门现象是变压器效应的伴生现象,也服从法拉第电磁感应定律。我们从最简单的单

铁心磁通门探头来说明其工作原理。如图1,在一根铁心上缠绕激磁线圈和感应线圈,铁心由

软磁材料制成,其横截面面积为S,磁导率为μ,载流激磁线圈在铁心上建立的激磁磁场强度为

H,感应线圈的有效匝数为W 2。

在未认定S 、μ、H 和W 2中的任一参数为不变量，根据法拉第电磁感应定律,感应线圈

上应产生的感应电势为：

e=-108_dt

d （W 2μHS ） （1）

如果S 和W 2都不变,铁心远离饱和工作状态,其磁导率μ常数,这个物理模型中的感应电

势e 将仅仅是激磁磁场强度H 变化的结果。如果激磁磁场强度

H=H m cos(2πf 1t ) (2)

式中:H m 为激磁磁场强度幅值;f 1为激磁电源频率。则式(1)变为

e =2π×8_10

1f μW 2S H m sin(2π1f t ) (3)

这是理想变压器效应的数学模型。

实际变压器效应数学模型应为：

e =2π×8_10

f 1(t)W 2S H m sin(2πf 1t ) － 8_10 dt

t du )(W 2S H m cos(2πf 1t ) (4) 然而,铁心磁导率μ(t)无正负之分,是个偶函数。将μ(t)展为傅立叶级数时,可得：

μ (t)=μ0m +μ2m cos4πf 1t + μ4m cos8πf 1t + (5)

式中:μ0m 为μ(t)的常值分量;μ2m μ4m 分别为μ(t)的各偶次谐波分量幅值。

将式(5)代入式(4),得：

e =2π×8_10

f 1W 2S H m [(μ0m +0.5μ2m )sin2πf 1t +1.5×(μ2m +μ4m )sin6πf 1t +2.5×(μ4m +μ6m )sin10πf 1t + (6)

由上可知,考虑铁心磁导率产的变化后感应电势,将出现奇次谐波分量。考虑环境磁场实

际施加在铁心轴向的分量H OL 时,式(4)将变成：

e=2π×8_10 f 1μ(t)W 2S H m sin(2πf 1t )－8_10 dt

t du )(W 2S H m cos(2πf 1t )－8_10 dt

t du )(W 2S H OL (7) 当OL H 比铁心饱和磁场强度s H 和激磁磁场强度幅值H m 都小得多时,它对铁心磁导率

μ(t)的影响可以忽略。单独由H OL 引起的感应电势e 的增量e H OL 为:

e=(OL H )=－2π×8_10 f 1W 2S OL H (2μ2m sin4πf 1t +4μ4m sin8πf 1t +6μ6m sin12πf 1t

+...) (8)

式(8)证明只要铁心磁导率μ随激磁磁场强度而变,感应电势中就会出现随环境磁场强度

而变的偶次谐波增量e(H OL )。

当铁心处于周期性过饱和工作状态时,e(H OL )将显著增大。利用这种物理现象就可以测量

环境磁场。但与变压器效应相比较,其感应线圈输出的磁通门信号。e(H OL )相当微弱。为实现

精确测量,可设计成差分输出探头来消除磁通门探头变压器效应的感应电势。

III 存在的问题

电流测量方法主要包括：分压电阻、电流互感器、霍尔电流传感器、Rogowski 线圈(罗

氏线圈)、磁通门电流传感器、磁阻电流传感器。其中霍尔电流传感器和磁通门电流传感器

能够检测交流和直流。霍尔电流传感器能够检测几千安培的电流，精度范围在0.5%和2%之间，但是霍尔电流传感器的检测精度受温度和外界磁场影响较大，这就限制了霍尔元件的应用范围[6]。

多年来磁通门传感器广泛用于地质勘探和太空探测中，传统的磁通门传感器还应用于弱磁场检测，比如地磁场探测、铁矿石探测、位移检测和无损检测等方面[7]。由于二次谐波解调电路的复杂性和工业磁材料性能的限制使得这种传感器对于一般工业应用来说过于昂贵。近年来随着软磁材料的快速发展和电子元件价格的下降使得磁通门电流传感器经济价格上可与霍尔传感器进行相比。同时，对于直流测量应用的性能优越，磁通门电流传感器不失为一种好的选择。与霍尔传感器相比，磁通门电流传感器具有低温漂和低漂移的优点。由于磁通门电流传感器的磁芯工作在周期性的饱和与非饱和状态，所以磁场偏移得到有效抑制，同时保证了磁通门电流传感器较高的测量精度。

由于磁通门能够检测的最大磁场不过数十高斯，所以磁通门仅适用于微弱的直流或者低频交流电流的检测。复杂的二次谐波处理电路以及铁磁材料性能的限制，使得磁通门电流传感器成本较高，在工业领域的应用中存在着局限性。

IV应用现状及前景预测

磁通门从其问世以来得到了不断的发展和改进，被广泛应用在各个领域，如地磁研究、地质勘探、石油测井、空间磁场探测、磁性导航、武器侦察、探潜、磁性材料测试和材料无损探伤等弱磁场探测的各个领域。近年来，磁通门在宇航工程中也得到了重要应用，例如，用来控制人造卫星和火箭的姿态，测绘太阳的“太阳风”和带电粒子相互作用的空间磁场、月球磁场、行星磁场以及星际磁场的图形等。美国宇航局(NASA)目前正在制订的一项雄心勃勃的微型仪器技术开发计划，主要目的是发展适合21世纪的小型、低价、高性能航天器，利用MEMS技术对航天器有效载荷的某些机电部件进行微型化，以极大地减小各种科学仪器和传感器的体积和质量，提高探测器的功能密度。美国喷气推进实验室(JPL)称这些微型仪器将是新的微型实验室的心脏，它们主要包括：火星登陆器、微加速度计、微磁强计、微湿度计、微气象站、微地震仪、微集成相机、微成像光谱仪以及微推进器等。由此可见，微型磁通门在其计划中的位置。

目前磁通门技术的发展方向有：1、提高分辨率。2、提高测强精度。3、提高分辨率、带宽和精度的综合技术水平。4、提高测量上限。5、提高分辨率、精度和拓宽量程的综合技术水平。6、研制简易型、微型化和元件化磁通门器件。

传统制造磁通门的方法是在高导磁铁芯上用机械的方法缠绕上励磁线圈和感应线圈制成探头，再与接口电路连接起来，这种方法制作的磁通门在体积、质量以及功耗等许多方面都难以实现微型化。目前，利用MEMS技术与半导体集成电路工艺相结合是研制微型磁通门传感器的突破口。

微型磁通门传感器的研究方向如下：①系统化，将探头与接口电路完全集成在一个芯片上，制成真正的磁通门MEMS系统;②阵列化，根据需要在一个芯片上制作一系列磁通门探头不仅可以提高传感器的性能，也可完成某些特定的功能，如制作微型磁罗盘;③利用微加工技术，从而提高磁通门传感器的性能，特别是磁芯的性能;④利用计算机模拟与仿真软件对磁通门的接口电路进行模拟优化，提高电路的性能;⑤利用计算机对微型磁通门探头结构进行模拟计算，以缩短设计周期，提高研究效率，进一步降低成本;⑥向实用化、商品化方向发展，从而促进相关产业的发展。

现在一些国际上的公司已经将传感器微型化进行了生产，并取得不错的成绩，以霍尔传感器的应用最为广泛，已实现产品化。剑桥大学将磁通门原理制成测量探头应用在PCB板上，成功制得了产品。

V参考文献

[1]吴嘉慧，施文康，“磁通门技术在检测中的应用”，国内技术12期，2000.

[2] A.Q. Ma,“DC sensor based on magnetic potential self-balance and feedback

compensation，”IET Software ,vol. 3. no. 4,pp. 312-316, 2009.

[3]Eyal Weiss, “Orthogonal Fluxgate Employing Digital Selective Bandpass Sampl e,”

IEEE Trans Magn, vol. 48. no. 11,pp. 4089-4091, 2012.

[4]Milan M. Ponjavic, “Nonlinear Modeling of the Self-Oscillating Fluxgate Current

Sens or,” IEEE Sensors J., vol. 7. no. 11,pp. 1546-1553, 2007.

[5]Piotr Frydrych , “Two-Axis, Miniature Fluxgate Sensors,” IEEE Trans Magn, vol.

48, no. 4, pp. 1458-1488,2012.

[6]Guillermo Velasco-Quesada,“Design of a low-consumption fluxgate transducer for

high-current measurement applications,”IEEE Sensors J., vol. 11. no. 2,pp. 280-287, 2011.

[7]Ripka P, Billingsley S W. Fluxgate: Tuned vs. untuned output, IEEE Trans. Magn.

1988, (34), 1303-1305

[8]Kaluza, A Grüger, H Grüger. New and future applications of ?uxgate se nsors. Sens.

Actuators A, Phys, 2006, (106):48–51

磁场测量的原理和元件

磁场测量的原理和元件 磁场是无形的，在实际检测中，通常是将磁场转换成电信号然后实现自动化处理，从而实现无形磁场的可视化。磁电转换原理和元件有以下几种： 1.感应线圈 感应线圈的原理：通过线圈切割磁力线产生感应电压，而感应电压的大小与线圈匝数、穿过线圈的磁通变化率或者线圈切割磁力线的速度成线性关系。感应线圈测量的是磁场的相对变化量，并对空间域上的高频率磁场信号更敏感。 2.磁通门 磁通门传感器是利用被测磁场中高导磁铁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量的弱磁场的一种传感器，其原理是建立在法拉第电磁感应定律和某些材料的磁化强度M与磁场强度H的非线性关系上。使用磁通门传感器的仪器有磁通门高斯计，如磁通门高斯计GF600，能精确测量微弱的磁场，仪表无须调零，是测量弱磁场最好的选择，但磁通门传感器不能长期暴露在高磁场环境下，使用环境应低于100G(10mT)。 3.霍尔传感器 霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，测量绝对磁场大小。 霍尔效应从本质上讲是运动的带点粒子在磁场中收到洛伦兹力作用引起的偏转，从而形成霍尔电势V=K H①·I·B。以霍尔传感器开发出来的仪器有霍尔效应高斯计，常用的有手持式高斯计G100，具有精度高、温度补偿功能强、零点漂移小和磁场测量反应速度快等优点。 4.磁敏电阻 磁阻效应是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。 常用的元件有磁敏电阻、磁敏二极管、磁敏三极管等。 5.磁共振法 原子核磁性的直接和精密的测量是利用核磁共振的方法。核磁共振是原子核磁矩系统在相互垂直的恒定磁场B和角频率ω的交变磁场的同时作用下，满足ω=γ②B时，原子核系统对交变磁场产生强烈吸收（共振吸收）现象。 除了上述介绍的几种方法外，还有磁光克尔效应法、磁膜测磁法、磁致收缩法、磁量子隧道效应法、超导效应法等。 ①元件的灵敏度，它表示在单位磁场和单位控制电流下霍尔电势的大小 ②为原子核的磁旋比，即原子核的磁矩与角动量之比。

精密测量直流大电流的自激振荡磁通门法研究

精密测量直流大电流的自激振荡磁通门法研究磁通门电流传感器作为直流大电流精密测量与反馈元件广泛用于新能源电 动汽车、高铁动车、智能电网、磁共振成像仪、精密直流大电流测量仪、精密直流大电流源等工业、医疗以及精密测试、测量等领域。但是,受国外核心技术垄断,目前国内大量使用的精密磁通门电流传感器几乎全部依赖进口。 近年来,自激振荡磁通门技术以其电路结构简单、灵敏度与激励频率和磁芯参数无关等诸多优点逐渐引起关注,这为我们突破国外核心技术封锁,研制具有 自主知识产权的新型精密电流传感器提供了一个契机。在上述背景下,本课题来源于国家重大科学仪器设备开发专项——“宽量限超高精密电流测量仪”(项目编号:2011YQ090004),致力于探索基于自激振荡磁通门技术实现直流大电流测量的新方案,基于新方案,研制具有自主知识产权的新型电流传感器,打破国外对精密磁通门电流传感器的垄断,提高国产仪器的自主创新能力和自我装备水平。 论文的主要研究内容如下:(1)在对现有平均电流模型进行深入研究的基础上,提出了自激振荡磁通门的占空比模型,即激磁电压占空比与被测电流之间存 在近似线性关系。分别基于磁化曲线的分段线性函数模型和反正切函数模型对其进行了证明,并通过实验进行了验证。 在此基础上,分析了平均电流模型与占空比模型的线性度和稳定度的主要影响因素及提高措施,为自激振荡磁通门作为闭环系统直流零磁通检测器实现自身线性度和稳定度的优化设计提供了重要参考。提出的占空比模型为后文建立闭环系统感应调制纹波的理论模型,从而研究磁积分器对感应调制纹波的抑制原理奠定了理论基础。 (2)针对现有闭环测量方案由于未考虑自激振荡磁通门自身线性度和稳定度、

磁通门磁力仪工作原理结构与使用

磁通门磁力仪 磁通门式磁敏传感器又称为磁饱和式磁敏传感器。它是利用某些高导磁率的软磁性材料(如坡莫合金）作磁芯，以其在交直流磁场作用下的磁饱和特性及法拉第电磁感应原理研制的测磁装置。 这种磁敏传感器的最大特点是适合在零磁场附近工作的弱磁场进行测量。传感器可作成体积小，重量轻、功耗低，既可测T、Z，也可测ΔT、ΔZ，不受磁场梯度影响，测量的灵敏度可达 0．01 nT，且可和磁秤混合使用的磁测仪器。由于该磁测仪对资料解释方便，故已较普遍地应用于航空、地面、测井等方面的磁法勘探工作中，在军事上，也可用于寻找地下武器（炮弹、地雷等）和反潜。还可用于预报天然地震及空间磁测等。 4.1磁通门式磁敏传感器的物理基础 （一）磁滞回线和磁饱和现象 铁磁性材料的静态磁滞回线，如图1．35所示。在图中当磁化过程由完全退磁状态开始，若磁化磁场等于零，则对应的磁感应强度也为零。随着磁化磁场H的增大，磁感应强度B亦增大，扭曲线OA段所示。但当H增加到某一值Hs之后，B就几乎不随H的增加而增强，通常将这种现象称作磁饱和现象。开始饱和点所对应的Bs、H。，分别称作饱和磁感应强度和饱和磁场强度。 图1.35 静态磁滞回线示意图 当H增加到Hs后，如使H逐渐减小下来，磁感应强度也就随之减小下来。但实践证明，一般这种减小都不是按照AO所示的规律减小，而是按照AB所示的轨迹进行，并且当磁场H 减小到零时，磁感应强度B并不等于零，也就是说磁感应强度的变化滞后于磁场H的变化，这种现象称为磁滞现象。 当H由H S减小到零时，B所保留的值Br被称作最大剩磁，之所以叫最大剩磁是由于H 从小于Hs的不同值减小到零，其所对应的剩磁也是不同的，但以H从Hs减小到零时所对应的剩磁Br最大。 欲使剩磁去掉，就需加一个与原磁化磁场相反的磁场，如OC段所示。线段OC即表示使磁感应强度B恢复到零时所需要的反向磁场强度，这一场强通常称为矫顽力，并用Hc表示。 最大剩磁Br饱和磁感应强度Bs饱和磁场强度Hs及矫顽力Hc是磁性材料的四个重要

Mag629磁通门磁强计技术手册

Mag629 Three-axis Aerospace Magnetometer For innovation in magnetic measuring instruments

40 40 154 (±0.3) 32 (±0.3) 13 43.4 27 (±0.3) 22.7 5 J1J2 Cable length 1m 42 Sensor Head 31 Electronics Module 165 Electrical grounding point around mounting hole 4 Mounting holes ?5. 5 (±0.3)2 Mounting holes ?4.5 (±0.3) All dimensions in mm This three-axis fluxgate magnetometer is designed specifically to meet the exacting environmental requirements of aerospace applications. Its rugged, two part construction consists of a sensor head assembly and separate electronics module. With a full scale range of 75μT and very low noise characteristics, it is ideally suited to applications like vector compensation in airborne magnetometry.The sensing head has an integral cable. The three sensor axes are arranged to have a common point of intersection (concurrent), clearly defining the "centre-of-measurement" of the magnetic field being examined.Main features: I Qualified for use in military aerospace environments I Rugged construction I Vibration and shock tested to MIL-STD-810I Thermal shock tested to MIL-STD-202I ± 75μT full scale range I -55oC to 55oC continuous operating temperature range I Low noise <8pTrms/√Hz @ 1Hz I Concurrent sensing axes I Operates from 28V power supply Typical Applications: I Vector compensation in airborne magnetometry Outline drawing

磁传感器

概述 磁传感器广泛用于现代工业和电子产品中以感应磁场强度来测量电流、位置、方向等物理参数。在现有技术中，有许多不同类型的传感器用于测量磁场和其他参数，例如采用霍尔（Hall）元件，各向异性磁电阻（Anisotropic Magnetoresistance, AMR）元件或巨磁电阻（Giant Magnetoresistance, GMR）元件为敏感元件的磁传感器。TMR（Tunnel MagnetoResistance）元件是近年来开始工业应用的新型磁电阻效应传感器，其利用的是磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应对磁场进行感应，比之前所发现并实际应用的AMR元件和GMR元件具有更大的电阻变化率。我们通常也用磁隧道结（Magnetic Tunnel Junction, MTJ）来代指TMR元件，MTJ元件相对于霍尔元件具有更好的温度稳定性，更高的灵敏度，更低的功耗，更好的线性度，不需要额外的聚磁环结构；相对于AMR元件具有更好的温度稳定性，更高的灵敏度，更宽的线性范围，不需要额外的set/reset线圈结构；相对于GMR元件具有更好的温度稳定性，更高的灵敏度，更低的功耗，更宽的线性范围。 定义 什么是磁传感器？就是把磁场、电流、应力应变、温度、光等外界因素引起敏感元件磁性能变化转换成电信号，以这种方式来检测相应物理量的器件。磁传感器分为三类：指南针、磁场感应器、位置传感器。指南针：地球会产生磁场，如果你能测地球表面磁场就可以做指南针。电流传感器：电流传感器也是磁场传感器。电流传感器可以用在家用电器、智能电网、电动车、风力发电等等。位置传感器：如果一个磁体和磁传感器相互之间有位置变化，这个位置变化是线性的就是线性传感器，如果转动的就是转动传感器。 大家在生活中都用到很多磁传感器，比如说指南针，电脑硬盘、家用电器等等。 发展趋势 磁传感器未来的发展趋势有以下几种特点： 1、高灵敏度。被检测信号的强度越来越弱，这就需要磁性传感器灵敏度得到极大提高。应用方面包括电流传感器、角度传感器、齿轮传感器、太空环境测量。 2、温度稳定性。更多的应用领域要求传感器的工作环境越来越严酷，这就要求磁传感器必须具有很好的温度稳定性，行业应用包括汽车电子行业。 3、抗干扰性。很多领域里传感器的使用环境没有任何评比，就要求传感器本身具有很好的抗干扰性。包括汽车电子、水表等等。 4、小型化、集成化、智能。要想做到以上需求，这就需要芯片级的集成，模块级集成，产品级集成。 5、高频特性。随着应用领域的推广，要求传感器的工作频率越来越高，应用领域包括水表、汽车电子行业、信息记录行业。 6、低功耗。很多领域要求传感器本身的功耗极低，得以延长传感器的使用寿命。应用在植入身体内磁性生物芯片，指南针等等。

霍尔效应传感器和磁通门传感器的工作原理解析

霍尔效应传感器和磁通门传感器的工作原理解析 在汽车领域中，磁传感器是一种看不见但又不可或缺的技术，它能使从转弯信号到点火定时的一切都成为可能。 在您的汽车里，这些小小的传感器件可能多达70个，它们默默地执行被赋予的各种功能，让您可以顺利地从目的地A移动到目的地B。 “和其它很多用来维系现代生产生活正常运转的半导体器件一样，用户是看不见磁传感器的，但对于那些我们早已习以为常的许多功能而言，它却扮演着举足轻重的角色。”工艺开发经理Ricky Jackson说道。 海量应用 磁传感器无所不在、尺寸小巧且价格合理，可以轻松地和其他电路一同集成到芯片上，因此，磁传感器被人们广泛用于各种应用。 磁传感技术在机器人和工厂自动化中的优势尤其明显。由于磁传感器在零件位置和速度检测方面具有更高的可靠性和精密度，因此，它对运动控制而言至关重要。这一优势也让机器手臂和其它部件能够平稳而准确地移动，从而确保高质量和高安全性的制造过程。 除汽车外，磁传感器还大量用于如洗衣机和微波炉等家用电器中，以检测机器的门是处于关闭还是打开状态。磁传感器还被广泛用于医疗器械中，例如，当应用于助听器时，它能够检测佩戴者是否携带了手机，然后更改至相应的模式，以帮助佩戴者能够更清楚地听到来电。此外，它还常被用于电梯中的楼层检测以及检测例如平板电脑或手机等手持设备是处于打开还是关闭的状态。 工作原理 磁传感器的工作原理是通过将磁场转换成电压或电流信息。由于传感器的内部运行和外部组件不需要实际接触，因此，磁传感器成为汽车和工业环境中降低环境污染的理想之选，同时它还能够减少因组件之间的摩擦而产生的磨损，从而降低设备的维护成本。 磁传感器有多种多样的功能，但要特别指出的是，其中有两种功能的传感器可以被广泛集

用于测量通电交流直导线的差分电流传感器的制作技术

一种用于测量通电交流直导线的差分电流传感器，包括两个敏感单元、固定块；所述敏感单元包括磁致伸缩/压电复合材料、高度调整框、底板、偏置片、垫块、信号输出线、导线；偏置片设置在高度调整框一端，底板设置在另一端，三者形成一个密闭空腔；磁致伸缩/压电复合材 料设置在密闭空腔内，底板上固定有垫块；磁致伸缩/压电复合材料包括上下两层的磁致伸缩材料和位于中层的压电材料；压电材料上设有信号输出线和导线；两个敏感单元的压电材料通过导线相连；偏置片采用磁性材料；高度调整框、底板、垫块、固定块均采用非金属材料；所述固定块设置在两个敏感单元，且两个敏感单元相对固定块对称布置。本技术可对通电交流直导线中进行精确测量。 权利要求书 1.一种用于测量通电交流直导线的差分电流传感器，其特征在于，包括两个敏感单元、固定块(5)；所述敏感单元包括磁致伸缩/压电复合材 料(1)、高度调整框(2)、底板(3)、偏置片(4)、垫块(31)、信号输出线(41)、导线(42)；所述偏置片(4)设置在高度调整框(2)一端，所述底板(3)设置在高度调整框(2)另一端，三者形成一个密闭空腔；所述磁致伸缩/压电复合材料(1)设置在密闭空腔内，且所述底板(3)上固定有垫块(31)；所述磁致伸缩/压电复合材料(1)包括上下两层的磁致伸缩材料(11)和位于中层的压电材料(12)；所述压电材料上设有信号输出线(41)和导线(42)；两个敏感单元的压电材料通过导线(42)相连；所述偏置片(4)采用磁性材料，用于提供偏置磁场；所述高度调整框(2)用于调整偏置片(4)与磁致伸缩/压电复 合材料(1)之间的距离；所述高度调整框(2)、底板(3)、垫块(31)、固定块(5)均采用非金属材料；所述固定块(5)设置在两个敏感单元，用于夹持通电交流直导线，且两个敏感单元相对固定块(5)对称布置。 2.根据权利要求1所述的差分电流传感器，其特征在于，所述底板(3)上设有两个电极(32)；两个电极(32)贯穿底板(3)并进行密封；所述信号输出线(41)和导线(42)分别与两个电极(32)内侧相连，电极(32)外侧再连接相应的信号输出线和导线；且两个敏感单元的电极(32)位于同一侧。 3.根据权利要求1所述的差分电流传感器，其特征在于，所述压电材料的长度要大于上下两侧磁致伸缩材料的长度。 4.根据权利要求1所述的差分电流传感器，其特征在于，固定块(5)包括上夹持块(51)、下夹持块(52)；所述上夹持块(51)、下夹持块(52)分别与两个敏感单元固定；上夹持块(51)和下夹持块(52)中间分别设有半圆形夹持孔；上夹持块(51)和下夹持块(52)合并形成一个完整的圆形夹持孔(54)。 5.根据权利要求1所述的差分电流传感器，其特征在于，所述上夹持块(51)和下夹持块(52)之间还设有铰接座(53)。 6.根据权利要求1所述的差分电流传感器，其特征在于，所述磁致伸缩/压电复合材料(1)的上下两层的磁致伸缩材料(11)和位于中层的压电材料(12)

微型正交激励磁通门结构设计

第27卷第7期201４年7月传感技术学报CＨＩNESE JOURNAＬOF SENSORS AND ACTUATORS Vol．27 No．7July 201４ 项目来源:高等学校博士学科点专项科研基金项目（20126102110031) 收稿日期:201４－03－1８ 修改日期:201４－06－01ＳｔｒuｃｔuｒａｌDｅｓｉｇｎｏｆOｒｔｈｏｇｏｎａｌMｉｃｒｏ-Fｌuxｇａｔｅ* GUO Bo ,LIU Shibin *,YANG Shanglin （School of Electronics and Information ,Northwestern Polytechnical University ,Xi an 710000,China )Ａbｓｔｒａｃｔ:Ｉn this paper,orthogonal micro-fluxgates with wire-core structure were simulated and anlysed by three-dimensional electromagnetic simulation software．The influence of the structure parameters like the width of excitation wire,the width of core,the thickness of excitation wire,the thickness of core on core saturation condition were investigated at different excitation frequency．Reducing excitation current and enhancing sensitivity were taken as the target,then the structure of orthogonal micro-fluxgates with wire-core structure were optimized．The optimized orthogonal micro-fluxgate was fabricated based on ＭEＭS （Ｍicro-Electro-Ｍechanical System)technology．When the sensor was excited by pulse current,91．6V/T sensitivity can be obtained with ultra low power consumption of 1．9mW．Kｅｙwｏｒdｓ:electronic science and technology;magnet simulation;micro-fluxgate sensor;orthogonal fluxgate;low power consumption EEＡCC :7230 dｏｉ:10.3969/j.ｉｓｓｎ.1004-1699.2014.07.011微型正交激励磁通门结构设计 *郭 博,刘诗斌*,杨尚林 （西北工业大学电子信息学院,西安710129)摘 要:利用三维电磁场仿真软件对线－芯结构微型正交激励磁通门进行了仿真分析三研究了不同频率下激励线宽度二铁芯宽度二激励线厚度二铁芯厚度等磁通门结构参数对铁芯饱和情况的影响三以减小激励电流二降低磁通门功耗为目标,讨论了采用线－芯结构的微型正交激励磁通门所应选择的结构尺寸三采用ＭEＭS（Ｍicro-Electro-Ｍechanical System)工艺制备了这种结构尺寸的微型磁通门传感器并对其进行了测试,采用尖脉冲激励时,其可以以1．7mW 的超低功耗得到91．6V /T 的输出灵敏度三关键词:电子科学与技术;Ｍagnet 仿真;微型磁通门;正交激励磁通门;低功耗 中图分类号:ＴN402;ＴM936.2 文献标识码:Ａ 文章编号:1004-1699(2014)07-0910-06 磁通门传感器作为一种性能优良的磁测量器件,在航向系统二航空航天二生物医学二电流测量二舰 船消磁二交通管控二汽车工业等诸多领域得到了广泛 的应用［1－５］三近年来,随着系统对传感器体积二质量二功耗等方面要求的不断提高,基于ＭEＭS 工艺 的微型磁通门展现出了巨大的发展潜力［6－7］三利用ＭEＭS（微机电系统)工艺制备的微型磁通门具有非常小的体积和质量,然而磁通门工作在铁芯饱和状 态的工作原理决定了其激励电流不会随着体积的减 小而降低三反而由于体积减小会引起散热等一系列 问题三因此,降低功耗成为微型磁通门亟待解决的 一个问题三除此之外,由于铁芯横截面积小,微型磁 通门存在着灵敏度较低的问题三一般的做法是通过提高激励频率来提高微型磁通门灵敏度［８］三为解决上述问题,需要对微型磁通门结构进行优化三使得铁芯能够在很小的激励电流下达到饱和,以降低激励电流从而降低功耗;使得铁芯在较高频率激励下还能保持较高的等效磁导率以提高灵敏度三基于ＭEＭS 技术的硅基微型磁通门制备周期长二成本高三因此,对微型磁通门结构进行前期仿真优化尤为重要三磁通门传感器结构复杂,难以采用解析方法直接进行分析计算,目前多采用有限元分析方法计算三Ｍagnet 作为一种三维低频电磁场有限元仿真软件,能够较好的对电磁场问题进行仿真分析,常被用作磁通门的分析计算三Wu 等人利用Ｍagnet 软件对变截面结构微型磁通门铁芯中的磁

磁通门

磁通门磁力仪 应用前景： 磁通门磁力仪，小巧轻便，灵敏度高，功耗低，能测定任方向,连续读数，性能稳定，电路也比较简单，自发明起就就广泛地应用于各种领域。 在航空磁测方面，磁通门磁力仪用作磁干扰的补偿，与光泵磁力仪配合，使光泵磁力仪有更大的精度。同时军舰中，也广泛的使用磁通门磁力仪作为磁干扰补偿。磁通门尤其适用于微弱磁场的测量，我国将磁通门磁力仪应用于卫星的姿态控制以及开发高精度卫星。 磁力梯度仪是探索地下铁管的有力武器。可以在光纤电缆上,每隔一段距离放一块铁氧体的永磁钢,就可以用磁通门磁力梯度仪追踪检查。成本低，具有很大的推广空间。 地面磁法勘探以前主要用的是是丝悬式磁力仪，现在已经被磁通门磁力仪所取代。磁通门技术已经在石油钻井随钻测量中,得到了大量的应用。 关键问题：磁通门磁力仪分位两个部分，一个是磁通门传感器。一个是电路。 磁通门探头磁芯有圆形的、单片的、双片的、跑道形的、还有双圆形的、双跑道形的。最古老、最原始的探头就是在坡莫合金外面绕上激励线圈和讯号线圈构成的传感器，这种探头的基波分量很大，为选出二次谐波分量，必须改进电路，提高选频能力。为了突出二次谐波分量、抑制基波分量，就用圆探头或跑道形探头，两边对称。目前比较广泛应用的，三端式也是由跑道形探头变化而来的。 磁通门磁力仪的关键部件是探头，而探头的好坏，关键在坡莫合金。二端式磁通门陶瓷骨架探头，采用高硬度高电阻高磁导合金1J87。为了提高信噪比，降低噪声，三端式磁通门探头较简单，在坡莫合金热处理后再卷绕到骨架上去。 三端式磁通门磁力仪： 三端式磁通门磁力仪的电路最简单。由于探头特性好，基波分量小，对选频要求低，而且不需要移相器，电路特别稳定,功耗低，非常适合野外工作。现在大量用于随钻测斜仪,地面磁通门磁力仪,星的姿态控制。

磁通门技术

磁通门技术 I国内外研究现状 磁通门是利用被测磁场中高导磁铁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的一种传感器。磁通门传感器也称磁强计，由探头和接口电路组成，具有分辨率高(最高可达10-11T)、测量弱磁场范围宽(在10-8T以下)、可靠、简易、经济、耐用、能够直接测量磁场的分量和适于在高速运动系统中使用等特点。磁通门传感器的研究起始于1928年，几年后才出现了利用磁性材料自身磁饱和特性的磁通门磁强计，它被用来测量1mT以下的直流或低频交流磁场。1936年，Aschenbrenner和Goubau称达到了0.3nT的分辨率。在第二次世界大战中，用于军事探潜的磁通门传感器有了较大的发展。 用电流传感器作为电气设备绝缘在线检测系统的采样单元，已得到业内人士的共识。目前，电流传感器有多种类型，如霍尔传感器、无磁芯电流传感器、高导磁非晶合金多谐振荡电流传感器、电子自旋共振电流传感器等。由于电力系统使用环境的特殊性，许多传感器存在自身的局限性。目前应用于电力系统的电流传感器多是以电磁耦合为基本工作原理的，从采样方式上分，这类传感器主要有直接串入式、钳式、闭环穿芯式三种。大量的研究试验表明，基于“零磁通原理”的小电流传感器更适合电力系统绝缘在线检测的要求。本文所述小电流传感器即是以磁通门技术为基本原理，加上闭环控制在电子电路中的应用，使小电流传感器具有高精度、高稳定度、抗干扰能力强等优点[1]。 磁通门是一种磁测量传感器。由于它在动目标中可以极敏感地感应地磁强度,早在本世纪30年代就被应用于航磁测量部门。近20年来,在物理学、电子技术、金属冶炼等方面取得的巨大成果,使磁通门在弱磁测量、抗电磁干扰、耐高温、可靠性、寿命、价格方面取得了前所未有的进展。在地质勘探和石油钻井中,包括磁通门在内的敏感元件提供的有关钻头前进方向的信息,使按设计井身轨迹实现高质量定向—水平钻井成为可能。 我在这里简单列举几个国际上取得的成果。Milan M. Ponjavic 等人提出了一种自激震荡的磁通门传感器模型，对在模型中影响传感器工作的主要特性都进行了讨论[2]。Q. Ma等人设计了一种新型DC传感器，这种新型DC传感器可以有效提高测量的准确度，同时具有良好的线性度。这种传感器是基于磁势自平衡和反馈补偿的[3]。Eyal Weiss等人研究了一种正交磁通门传感器，这种传感器不仅改善了磁通门的等效磁噪声，而且简化了磁通门的输出过程[4]。Szewczyk, R课题组为我们呈现了一种双轴微型化磁通门传感器，这种传感器的铁芯由铁钴合金制造，并且依托于PCB多层技术，同时为磁通门的进一步微型化提供了依据[5]。

磁传感器的应用场景分析-参考版

磁传感器的应用场景分析 磁传感器为电流传感、接近传感、线性速率或转动速率传感，以及定向磁异态检测，角度、位置或位移测量等许多传感方面的问题提供了独特的解决方案。了解磁传感器技术背后的概念和它们最合适的应用将有助于帮您决定选择的磁传感器是否是您的 最佳应用解决方案。 磁传感器的应用十分广泛，今天，我们就来掰一掰磁传感器在国民经济、国防建设、科学技术、医疗卫生等各个领域的应用状况。 一、工业上用途广泛 在工业应用领域，最流行的磁性传感器类型是电流传感器，包括分流电阻器、霍尔效应集成电路、电流感应变压器、开环与闭环霍尔器件以及磁通门传感器。 1、电机在无刷电动机中，用磁传感器来作转子磁极位置传感和定子电枢电流换向器，磁传感器中，霍尔器件、威根德器件、磁阻器件等都可以使用，但主要还是以霍尔传感器为主。另外磁传感器还可以对电机进行过载保护及转矩检测； 交流变频器用于电机调速，节能效果极好；磁编码器的使用正在

逐渐取代光编码器来对电机的转速进行检测和控制，例如，在电动车窗之中，传感器可以确定轴转动了多少圈，以控制车窗升降器的行程，传感器也可以探测到人手造成的异常负载情况，提供所谓的“防夹”功能，在碰到物体的时候，电机可以反转； 用于直流电机换向和探测电流的电动助力转向传感器也是一个 快速增长的应用，用于代替电动液压型系统。 2、电力电子技术电力电子表技术是电力技术和电子技术的结合，可实现交直流电流的相互变换，并可在所需的范围内实现电流、电压和频率的自由调节。 采用这些技术和产品，可做成各种特殊电源（如UPS、高频电源、开关电源、弧焊机逆变电源等）和交流变频器等产品。这些变频装置的核心，是大功率半导体器件。 以磁传感器为基础的各种电流传感器被用来监测控制和保护这 些大功率器件。霍尔电流传感器响应速度快，且依靠磁场和被控电路耦合，不接入主电路，因而功耗低，抗过载能力强，线性好，可靠性高，既可作为大功率器件的过流保护驱动器，又可作为反馈器件，成为自控环路的一个控制环节。 使用变频技术可以大量节能，我国的变频技术改造，将需求大量的电流传感器，这将是磁传感器的又一巨大的产业性应用领域。

微型磁传感器及应用市场

微型磁传感器及应用市场 磁传感器及其发展 磁传感器，就把磁场、电流、应力应变、温度、光等引起敏感元件磁性能的变化转换成电信号，以种方式来检测相应物理量的器件。其实出特点是可以非接触测量，检测信号几乎不受被测物的影响，耐污染、噪声强，即使在很恶劣的环境条件下也能够可靠地工作，坚固耐用，寿命。正因为如此，从防、航空航天到国民经济各个部门，从医疗卫生到类日常生活的诸多方面，都用到了这种传感器。 磁传感器以利用磁铁的指南性作指南针航海为开端。其后，作为感知磁场和磁通的元器件，相继开发出探测线圈，磁通门磁强计，半导体霍尔元件和磁电阻元件，铁磁薄膜各向异性磁电阻（AMR）元器件，还有使用块状铁氧体磁芯的应力传感器，使用热敏铁氧体磁芯的温度传感器，利用亚铁磁石榴石磁光效应的光纤电流传感器，高灵敏度超导量子干涉器件（SQUID），等等。总之，磁传感器的种类甚多，更新换代频繁。 磁传感器通常都是组装在机器、设备内部来使用的。现代整机正迅速向小型轻便、多功能、智能化方向发展，要求所用传感器即使对微小空间内物理量的变化也能够高灵敏度、高速度地做出响应。即在传感器本身需要小型轻量化的同时，还迫切希望提高其工作速度、检测分辨率和灵敏度。 半导体大规模集成电路制造技术、微电子机械系统（MEMS）制造技术、微组装技术的推广应用，磁性薄膜、非晶、多层膜、纳米磁性丝等新材料和平面线圈微磁器件制造工艺及表征手段的不断进步，为磁传感器的小型化、微型化奠定了可靠的基础，应用各种新效应的许多新型高性能、小型化及微型化磁传感器正不断投放市场。早期上市的AMR薄膜敏感元件和传感器，新近推出的GMI传感器、SI传感器、SV-GMR传感器，和即将实用化的薄膜磁通门磁强计、无线磁弹微型传感器阵列，就是其中的典型代表。下面，简单介绍几种微型磁传感器的工作原理、基本结构及主要技术性能。 2 新式微型磁传感器 2.1 高灵敏度GMI和SI微型磁传感器 GMI磁传感器由低磁致伸缩材料和CMOS集成电路构成，利用磁性材料的巨磁阻抗（GMI）效应工作。所谓GMI效应，就是给低磁致伸缩非晶丝或者图形化薄膜元件加上高频（>10kHz）电流时，受外部磁场的作用，敏感元件的磁导率和趋肤效应就随磁场变化，结果，电感和电阻即阻抗发生急剧变化的现象。1992年，名古屋大学教授毛利佳年雄等人最先报导了这一新效应[1]。他们在研究中发现，用快淬富钴非晶丝，经过适当处理后，其阻抗变化率（△Z/Z）可达100～300%。近来，V·Zhuko va等人报告，用成分为Co67Fe3.85Ni1.45B11.5Si14.5Mo1.7的非晶细丝，在最佳条件（金属核直径/丝总直径ρ=0.98，在频率f=10MHz，通过电流I=0.75mA）下，

弱磁探测技术发展现状(光泵磁通门磁阻 GMR 高斯TMR皮特AMR巨磁阻抗GMI霍尔Hall高灵敏 量子干涉)

弱磁探测技术发展现状 作者：胡生生 单位：中国科学研究院 摘要介绍了弱磁探测技术的组成、分类和应用，并就弱磁探测系统的工作特点进行了分析，以目前常见的几种弱磁测量仪器、磁传感器的发展为例，介绍了弱磁探测技术的发展现状。 0引言 弱磁探测技术在军事、资源勘探、科学研究等领域有广泛的应用，近些年更获得了突飞猛进的发展，其中军事需求是主要的推动因素之一。弱磁探测采用测量地球磁场或者磁性目标磁场的方式，通过信号处理与分析获取相关信息，用于资源调查和目标探测等。 1弱磁探测系统的组成与分类 弱磁探测系统一般由磁探头模块、数据采集模块、信号处理与分析模块等部分组成，搭载在相应的平台上进行工作。其工作模式一般为，磁探头模块接收磁场信号，并将其转换为电信号，数据采集模块将模拟信号数字化，信号处理与分析模块对数字信号进行处理分析，获得目标信息。弱磁探测系统有很多分类方法，在工程应用中一般按照搭载平台或工作原理进行分类。 1.1按照搭载平台分类 按照搭载平台进行分类，弱磁探测系统主要包括航空磁探、水中拖曳磁探、浮标磁探和基站磁探等。 1)航空磁探测。 航空磁探测是利用飞机作为搭载平台，实现目标磁场探测，即磁探测系统安装在飞机上，飞机在探测领域上空一定高度飞行，磁探测系统实时测量包含地磁场在内的磁场信号，经过处理分析，获得相应区域的磁场特征。在军事领域，航空磁探是目前探测潜艇最有效的探测方式之一，在一些军事强国已得到广泛应用，与其它探潜设备相比，航空磁探测具有不受水文气象条件限制、搜索面积大、搜索效率高、使用简单可靠、反应迅速等特点。除此之外，航空磁探还是目前世界上资源勘探常用的方法之一，是航空物探系统中不可或缺的一部分，广泛应用于地质勘测、油气田和矿产资源等领域。由于飞机需在一定高度飞行，其适合于大区域磁特征或较大磁性目标的探测。 航空磁探测的2个关键问题是探测设备与环境噪声的排除和补偿问题。目前比较有代表性的航空磁探测装备:加拿大海军的AN/ASQ-504(V)型磁异常探测设备(探测距离为I 200 m，灵敏度在飞行中为0.01 y)，美国雷声公司的AN /ASQ-81(V)反潜战磁强计一磁异常探测系统(可采用机内配置或机外拖曳2种工作方式，拖曳式的探测距离为1 000 m ,灵敏度为1 TlHz'r，通带范围为1~ 10 MHz ) , AN/ASQ-208(V)数字式磁异常探测系统和静止型氦-3反潜战磁强计磁异常探测系统等。 2)水中拖曳磁探。 水中拖曳磁探是指利用舰船或其它航行器作为拖曳工具，磁探测系统安装在拖曳装置中，拖曳装置与拖曳工具间隔一定距离，在水中一定的深度航行，实时接收磁场信号。根据磁探

MEMS磁通门传感器电路与FPGA信号处理设计

上海交通大学硕士学位论文 目录 MEMS磁通门传感器电路与FPGA信号处理设计 ........................................I 摘要 .................................................................................................I ABSTRACT .......................................................................................I II 第一章绪论 (1) 1.1 引言 (1) 1.2 微型磁通门传感器研究进展 (2) 1.2.1微型磁通门传感器器件进展 (2) 1.2.2磁通门传感器信号测量方法 (5) 1.2.3磁通门传感器的应用 (7) 1.3 论文结构 (8) 1.4 本章小结 (9) 第二章磁通门传感器原理 (10) 2.1 磁通门传感器分类 (10) 2.1.1正交磁通门传感器 (10) 2.1.2平行磁通门传感器 (11) 2.2 磁通门传感器工作原理 (11) 2.2.1磁通门现象 (11) 2.2.2磁通门传感器结构及主要参数 (14) 2.3 本章小结 (15) 第三章微型磁通门传感器二次谐波信号测量方法 (16) 3.1 微型磁通门测量思路 (16) 3.2 二次谐波测量方法 (16) 3.2.1选频放大电路 (17) 3.2.2锁相放大电路 (20) 3.3 正交矢量锁相放大器 (22) 3.4 本章小结 (24) 第四章MEMS微型磁通门传感器测量系统电路设计 (25) 4.1 MEMS磁通门传感器测量系统的整体布局 (25) V 万方数据

TMR技术在电流传感器中的应用

隧道磁电阻(TMR)技术在电流传感器中的应用 电流传感器是在电气绝缘的状态下，利用电流所 产生的磁场来检测电流值的一种介于高、低电压之间 图1：开环式电流传感器 磁平衡式或磁补偿式电流传感器。 图2：闭环式电流传感器 其中的关键器件，对传感器性能优劣起着至关重要的作 用。目前市场上的电流传感器主要是采用传统的霍尔器 件，由于半导体材质自身原因，霍尔器件的温度漂移量 较大，一致性差，尤其在低温区变化剧烈，难以进行统 一校准。动态失调消除技术的采用可部分改善霍尔器件 的温度漂移，但在电路中叠加了高频噪声干扰，造成电 流传感器的输出信号失真，影响整机性能。 隧道磁电阻(TMR)器件是继霍尔器件、各向异性磁 度和温度特性。 图3：霍尔传感器和TMR传感器比较 图4：各种磁传感器灵敏度比较 第1 页

第 2 页 图5：TMR 线性传感器采用SSIP-4封装 图 6 ：TMR 闭环电流传感器实物图 基于TMR 的优异性能，闭环电流传感器可显著改善其温度漂移量。替代后，无需任何温度补偿，电流传感器在-40~85C 的温度范围内的温度漂移总量即可由原来的1～2%降至0.1～0.2%。在使用温度宽泛的场所如变频器、伺服器、电动车辆等应用时，TMR 闭环电流传感器可确保在任何地区、任何季节的电流测量的精准度；特别是在风能、太阳能等新能源行业中，电流传感器的温度漂移可直接导致逆变器输出电能中的直流成分的增加，不仅造成能源浪费，直流成分还会消耗在变压器绕组中，造成变压器过热。电流传感器温度漂移的改善，将会给能源行业带来直接的经济效益和必要的安全性。 江苏多维科技有限公司生产的TMR2501、TMR2503、TMR2505线性传感器采用SSIP-4封装，在垂直方向测量磁场，与通行的霍尔器件完全兼容。对闭环电流传感器 来说，电流传感器厂家只需改变一下磁传感器的偏置电阻值，无需更改PCB 设计和产品结构既可直接替代霍尔器件。 图7：多维科技的TMR 闭环电流传感器 江苏多维科技有限公司生产的TMR2101、TMR2102、 TMR2103、TMR2701、TMR2703、TMR2705、TMR2905和TMR2922为平面方向测量磁场，配合使用纵向气隙磁芯。摆脱了断面气隙 漏磁所带来的困扰，大大提升了磁芯的聚磁能力，使电流传感器的分辨率低至毫安量级，并有效遏制外来干扰。较之磁通门闭环电流传感器，TMR 闭环电流传感器结构简单，抗干扰能力强，分辨率高。产品响应时间快，测量频带宽。 图8：闭环电流传感器的典型电路 上图为闭环电流传感器的典型电路，其中原有的霍尔器件H1可以直接用TMR 替代。通过调整偏置电阻R1和R2，使H1的1、3引脚间电压为1伏左右。例如：当电源电压为+/-15V ，TMR 输入电阻为6k 欧姆时，若1、3引脚间电压为1V ，则H1输入电流Id=1V /6k =0.17mA ，偏置电阻R1及R2=(15-0.5)/0.17=85.3K Ω。 R A 和R B 为上下对称结构，用于调整传感器的失调值，建议采用相同系列电阻，以降低调整电阻与磁传感器之间的温度系数差异所带来的额外误差。 多维科技承诺本说明书所提供的信息是准确和可靠的，所公开的技术未触犯其他公司的专利且具有自主知识产权。多维科技具有保留为提高产品质量，可靠性和功能以更改产品规格的权力。多维科技对任何超出产品应用范围而造成的后果不承担法律责任。 “多维科技”和“多维科技 感知未来”是江苏多维科技有限公司的合法注册商标。

论文磁通门传感器

论文磁通门传感器

摘要 三分量磁通门地磁场检测装置是应用磁通门传感器对地磁场进行测量的矢量检测装置。与其它类型测磁仪器相比，磁通门传感器具有分辨率高，测量弱磁场范围宽，体积小、重量轻、功耗低，经济性好，能够直接测量磁场的失量和适于在高速运动系统中使用等特点，被广泛应用于各种领域。 本文分析了磁通门传感器的工作原理，详细论述了如何采用数字检波的方法进行信号处理.本文还介绍了三分量地磁场检测装置硬件电路的设计和单片机程序。检测装置主要由三分量磁通门传感器、单片机最小系统、A/D数据采集电路和串口电路构成。三分量磁通门传感器检测到磁场的矢量大小，输出信号经过有源滤波器和放大器处理后得到三路幅度与磁场各分量大小成正比的正弦信号。A/D同时对三路信号进行4倍频采样，将两个周期的采样数据传送到单片机，然后单片机通过串行端口将数据发送到计算机，最后由计算机完成数据的处理和分析。 关键词三分量地磁场数字检波数据采集串行端口 2

The Design of Geomagnetic Field Detection Device Based on Three-component Fluxgate Sensors Abstrat The three-component fluxgate geoamagnetic field detection device is a kind of vector detection device which can measure the geoamagnetic field https://www.wendangku.net/doc/bf13983676.html,pared with other instruments which can measure geomagnetic field,the fluxgate sensor has the virtue of small size,light weight,low power consumption and good economy,is used widely in different fields. This paper introduces the working principle of the fluxgate sensor and the digital demodulation method in detail. The design of hardware circuit of the three-component fluxgate geomagnetic field detection device and progamming of MCU are also introduced in this paper. The detection device consists of three-component fluxgate sensors, MCU system, A/D data acquisition circuit and com port communication circuit. The magnetic vector is detected by the three-component fluxgate sensors,signals output from the senors are processed by active filters and amplifiers.Then there are three sinusoidal signals,whose amplitude are proportional to the magnitude of geomagnetic field component. The A/D convertor produces 4 points sampling signals, and transmits data of two cycles to CPU, then CPU send the data to computer via the com port. Finally,the data is processed and analyzed by computer. 2