專利名稱：一種磁性傳感器的制作方法
技術領域：
一種磁性傳感器，涉及磁變量的測量裝置，特別是適合檢測車輛，礦物等鐵磁物體的磁性傳感器，也可檢測恒定磁場。
以往的磁傳感器，在高導磁率磁芯上纏繞激勵線圈和檢測線圈，在激勵線圈上施加交流電流，在檢測線圈中產生感應電壓，隨著外部磁場H0的變化，在檢測線圈的輸出端出現的基波或高次諧波的輸出電壓也不同，這種磁傳感器可以利用這些偶次諧波或振幅差來檢測外部磁場H0。
圖1示出的是這種磁傳感器的一般結構1-磁芯，2-激勵線圈、3-檢測線圈、4、-交變電源。
圖2是圖1所示磁傳感器的另一形式，在一個外側有溝槽的跑道型無磁骨架7上繞上高導磁率材料作成磁芯8，在其兩臂繞上激勵線圈2，然后把兩個激勵線圈串聯，環繞整個無磁骨架再繞上檢測線圈3，交變電源施加在激勵線圈2上，檢測線圈3用以接收感應信號。
在上述圖1和圖2所示的傳感器中，激勵線圈2和檢測線圈3兩個線圈是必要的，它存在結構復雜這一問題，功耗也比較大，且制造成本較昂貴。
特許公開平2-62987號(1990年3月)公報報導了一種結構簡單的磁傳感器。圖3所示，它是將線圈3纏繞在具有導電性的線狀或帶狀磁芯1上，在磁芯1上通過脈沖電流或交流電流，從在線圈3上產生的電信號大小、極性來判斷外部磁場H0及方位，這種傳感器重量輕，價格低，結構簡單，但功耗仍然偏大，因為磁芯上要流過的峰值電流為120mA，這樣平均功耗也不低；另外在磁芯與交流電源連接處，要經過高溫焊接，容易造成磁芯導磁率降低和局部受應力影響。眾所周知，一般情況下，磁性材料的磁特性在加了應力后是要發生變化的。
總之，現有磁傳感器存在結構復雜，功耗較大的問題，平2-62987公報中的方案，使結構大大簡化，但功耗問題仍未解決，而又帶來磁芯受力不均的新問題。
本實用新型的目的在于克服上述現有技術中的不足之處，而提供一種超小型，微功耗，靈敏度高，結構簡單的電感磁場傳感器。它是由非晶態合金片狀或線狀磁芯外繞線圈組成，在磁芯上只繞一個線圈，并且匝數較多，達到12000匝，電感較大，在這個線圈上用脈沖(或其他固定波形)的電壓源激勵，并把磁芯磁化到飽和狀態。該線圈同時又作為檢測線圈，由于線圈的電阻R比線圈感抗X＝JωL小得多，所以激勵電壓幾乎全部降落在磁芯線圈的電感上，于是可以通過測量激勵回路磁場振幅差值來測量被測外部磁場H0。這種傳感器結構十分簡單，而且靈敏度高。
本實用新型的傳感器中，激勵線圈中的激勵磁場H＝0.4πNI/L(I為線圈激勵電流，L為螺管線圈的長度，N為線圈的匝數)，所以激勵回路通過增加線圈匝數N，降低激勵電流I，可達到同樣效果，從而降低了傳感器的功耗，這種傳感器的功耗小于1.2mW。
在本實用新型磁傳感器中，采用了脈沖波對線圈進行激勵，由于有不產生電壓的間歇期，所以，這種激勵電路比起連續波的情況耗電更低。若減小脈沖波的占空比，縮短激勵時期，則可實現微功耗的傳感器。占空比為1/7時，傳感器的激勵功耗小于1mw。
以下結合附圖對本實用新型發明目的的實現做進一步詳細說明圖4是本實用新型電感磁場傳感器測量外部磁場H0的強度和極性時一種構成圖。
圖4中1是高導磁率的非晶態磁芯，4是交變激勵電源，9是磁芯1上纏繞的激勵線圈(也是檢測線圈)，10是阻抗。
通過交變電源4，經過阻抗10，對線圈9施加頻率為500Hz-7kHz驅動脈沖電壓，在驅動電源和線圈的激勵回路中產生交流磁場，通過電磁感應作用，產生感應電壓，在線圈9的兩端5、6上產生一個與外部磁場H0的磁芯1同方向的分量H1＝H0cosθ相對應的電壓(振幅差值)。阻抗10起調節(壓)作用，在測量精度要求不太高的情況下，阻抗10可以為零。(即短接起來)本實用新型的傳感器靈敏度＞40μV/nT，測量磁場范圍為0-75000nT。
圖5所示的是本實用新型產品的剖面示意圖，其中1-非晶態磁芯，9-線圈，11-無磁骨架，12-黃漆綢。圖5所示的電感磁場傳感器是由陶瓷或塑料等材料構成的無磁骨架中設有一根非晶態磁芯1，在無磁骨架上繞有一個漆包線線圈9，在線圈9外面覆蓋有黃漆綢或其它保護材料，5、6是線圈輸入輸出端。
磁芯1使用的是導磁率μ0＝15000，飽和磁通密度Bs＝7500Gs，斷面積為0.063mm2的非晶態合金材料，非晶態磁芯1的長度為10mm～60mm。
上述實例中，磁芯1采用的是非晶態合金材料，也可以是坡莫合金等磁性材料的絲或片構成，可以是幾根合金材料擁在一起構成磁芯。
在無磁骨架11與磁芯1之間通常填充有軟質樹脂。
為了提高測量精度，通常采用補償測量法，補償電流可以接至磁芯上的另一線圈稱為補償線圈，也可以直接接入激勵線圈以減小體積。如圖6所示，把傳感器磁頭兩端電壓U56經檢波放大器13，通過反饋電阻14的輸出電流再接到傳感器的激勵線圈9，構成反饋補償回路，激勵線圈9同時也作為補償線圈。它產生與外部磁場H0方向相反的補償磁場，使真正作用在傳感器磁頭上的磁場接近零。采用這種負反饋閉環技術后，擴大了測量范圍，提高了測量精度，也增加了系統的穩定性。
圖6所示中，13為檢波放大器，也可采用采集系統直接采樣感應電壓波形的峰值后，進行信號處理。14為反饋電阻，范圍可調，阻值為0.5kΩ-60kΩ。15為傳感器電壓輸出端。
上述電感磁場傳感器，除單個使用外，一般是將2個或3個傳感器正交組裝，測量各個傳感器上線圈的輸出電壓的極性和輸出電壓的峰值。2個傳感器組裝后就可以檢測方位構成方位傳感器，3個傳感器組裝后構成直角坐標系可測量全磁場。
本實用新型電感磁場傳感器，經試驗表明傳感器的靈敏度＞40μV/nT，分辨能力達0.5nT。探測行進中吉普車距離大于35m，公共汽車大于45m，帶自動步槍的人大于4m，還可廣泛用于探礦等方面。與現有技術相比，本實用新型傳感器結構簡單，體積很小，便于安裝或攜帶；工作電流僅有0.3mA，功耗低，可以用一節8Ah的鋰電池工作26000小時，且可靠性高，成本低，是一種特性優良的磁場傳感器。
權利要求1.一種磁性傳感器，其構成包括磁芯、交變勵磁電源、漆包線線圈，其特征是在磁芯上繞有一個線圈9，交變電源4與阻抗10串聯后與線圈9的輸出端5、6并聯。
2.根據權利要求1所述的磁性傳感器，其特征是線圈9的兩端5、6分別與檢波放大器的輸入端相連，在檢波放大器的輸出端與線圈的一端之間串聯一個反饋電阻，構成反饋補償電路。
專利摘要一種磁性傳感器，涉及磁變量的測量裝置，特別是適合檢測車輛、礦物等鐵磁物體的磁性傳感器。本實用新型的特征是在磁芯上只繞有一個線圈，該線圈既作為激勵線圈，也作為檢測線圈。線圈的兩端可分別接檢波器的輸入端，在檢波器的輸出端與線圈的一端之間串聯一個反饋電阻。與現有技術相比，本實用新型具有結構簡單，功耗低，可靠性高的特點。
文檔編號G01D5/12GK2256095SQ9522525
公開日1997年6月11日 申請日期1995年11月10日 優先權日1995年11月10日
發明者楊昌茂 申請人:中國船舶工業總公司第七研究院第七一○研究所
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