一种精密的高频弱磁场信号测量电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种精密的高频弱磁场信号测量电路，包括磁场传感电路、用于放大磁场传感电路第一输出信号的第一放大器和用于放大磁场传感电路第二输出信号的第二放大器，该测量电路还包括第一锁相放大器、第二锁相放大器、第一ADC模块和第二ADC模块，所述第一锁相放大器的输入端与第一放大器的输出端连接，所述第一锁相放大器的输出端与第一ADC模块的输入端连接；所述第二锁相放大器的输入端与第二放大器的输出端连接，所述第二锁相放大器的输出端与第二ADC模块的输入端连接。本实用新型专利技术的电路结构紧凑，误差极低，通过两条带电阻的设置，消除了可能存在的静态环境磁场误差；通过滤波器及锁相放大器滤波，测量误差在5％以下。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及磁场的测量，特别涉及一种精密的高频弱磁场信号测量电路。
技术介绍
弱磁场是指磁场等级在地磁场附近(0.50e)或较弱于地磁场的磁场强度大小。而绝大多数的磁场均位于弱磁场区间。随着科学技术的发展，人们在磁场测量方面作了大量的工作，设计出了各种不同的磁场传感器，并广泛的应用于磁场测量之中。在探测磁场的大小、方向以及在探矿、地下钻孔、位置检测、无损探伤，磁场成像、航海系统等方面往往需要测得一个准确度很高的磁场值。由于弱磁场等级较低，信号较小，同时噪声干扰与磁场信号相近，相对误差较大，变化较大，造成有效的磁场信号易被噪声淹没，对于人们利用磁场进行探测和检查造成了一定的困难。因此合适的磁场测量及误差处理电路是目前的重点。目前常见的利用磁场进行探测的方法有:1、用直流大电流激发较大的直流磁场，此方法由于对励磁电流要求较高，因此相应的成本提高，同时由于大电流不容忽视的发热效应，易造成难以估计的事故。2、用高频电流激发高频磁场，在频谱上与噪声分开，再用滤波器的方式采集磁场信号，但此方法由于磁场信号幅值一般较小，再加上带通滤波器的带宽较大，导致白噪声亦被测量，引起较大的误差。现在常见的弱磁场测量方法，主要有磁通门法、霍尔效应法、巨磁阻效应法。但此三种方法均有明显的缺点:磁通门法:磁通门法的绕制方法十分复杂，同时性能较好的磁通门其体积较大，成本较高，更重要的是磁通门必须静置测量，否则误差较大霍尔效应法:霍尔效应法对mT级磁场敏感，对高斯及以下磁场不敏感，即其弱磁场敏感性不好。以上两种方式均适用于静态磁场的测量，且操作较复杂，误差较大。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的是在于提供一种精密的高频弱磁场信号测量电路，为达到上述目的，本技术提供如下技术方案，一种精密的高频弱磁场信号测量电路，包括磁场传感电路、用于放大磁场传感电路第一输出信号的第一放大器和用于放大磁场传感电路第二输出信号的第二放大器，该测量电路还包括第一锁相放大器、第二锁相放大器、第一 ADC模块和第二 ADC模块，所述第一锁相放大器的输入端与第一放大器的输出端连接，所述第一锁相放大器的输出端与第一 ADC模块的输入端连接；所述第二锁相放大器的输入端与第二放大器的输出端连接，所述第二锁相放大器的输出端与第二 ADC模块的输入端连接。优选的，所述第一锁相放大器包括第一带通滤波器、第一相敏检波器和第一低通滤波器，所述第一带通滤波器的输入端与第一放大器的输出端连接，第一带通滤波器的输出端与第一相敏检波器的输入端连接，第一相敏检波器的输出端与第一低通滤波器的输入端连接，所述第一相敏检波器的参考端接参考信号；所述第二锁相放大器包括第二带通滤波器、第二相敏检波器和第二低通滤波器，所述第二带通滤波器的输入端与第二放大器的输出端连接，第二带通滤波器的输出端与第二相敏检波器的输入端连接，第二相敏检波器的输出端与第二低通滤波器的输入端连接，所述第二相敏检波器的参考端接参考信号。本技术的有益效果在于:本技术的电路结构紧凑，误差极低，通过两条带电阻的设置，消除了可能存在的静态环境磁场误差；通过滤波器及锁相放大器滤波，测量误差在5%以下。本技术的功耗低，除“set/reset”带电阻外，其余部分均工作在mA电流下，而“set/reset”带电阻的电流持续时间为us级。同时，本技术对于直流或低频磁场均有较好的测量效果，电路整体功耗为mW级别。【附图说明】为了使本技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本技术提供如下附图进行说明:图1为本技术整体结构框图；图2为锁相放大器的结构原理图；图3为磁场传感电路的电路图；图4为第一带通滤波器的电路图；图5为第二带通滤波器的电路图；图6为第一相敏检波器的电路图；图7为第二相敏检波器的电路图；图8为第一低通滤波器的电路图；图9为第二低通滤波器的电路图。【具体实施方式】下面将结合附图，对本技术的优选实施例进行详细的描述。随着技术的不断进步，磁场测量传感器也必将朝着低成本，低误差，操作简单，体积较小的方式前进，前述的那些不利于测量或成本较高的方法将会得到改进甚至淘汰，而克服了上述缺点的测量方法也将得到更为广阔的发展空间，同时高频磁场也将得到长足的发展。如图1所示，一种精密的高频弱磁场信号测量电路，其特征在于:包括磁场传感电路、用于放大磁场传感电路第一输出信号的第一放大器和用于放大磁场传感电路第二输出信号的第二放大器，该测量电路还包括第一锁相放大器、第二锁相放大器、第一 ADC模块和第二 ADC模块，所述第一锁相放大器的输入端与第一放大器的输出端连接，所述第一锁相放大器的输出端与第一 ADC模块的输入端连接；所述第二锁相放大器的输入端与第二放大器的输出端连接，所述第二锁相放大器的输出端与第二 ADC模块的输入端连接。如图2所示，所述第一锁相放大器包括第一带通滤波器、第一相敏检波器和第一低通滤波器，所述第一带通滤波器的输入端与第一放大器的输出端连接，第一带通滤波器的输出端与第一相敏检波器的输入端连接，第一相敏检波器的输出端与第一低通滤波器的输入端连接，所述第一相敏检波器的参考端接参考信号；所述第二锁相放大器包括第二带通滤波器、第二相敏检波器和第二低通滤波器，所述第二带通滤波器的输入端与第二放大器的输出端连接，第二带通滤波器的输出端与第二相敏检波器的输入端连接，第二相敏检波器的输出端与第二低通滤波器的输入端连接，所述第二相敏检波器的参考端接参考信号。带通滤波器主要是对被测信号进行预滤波和交流放大等处理。预滤波提高了信号的信噪比，减小了对相敏检波器的动态容限的要求，交流放大使得信号在进入相敏检波器时有合适的幅值。相敏检波器对被测信号和参考信号进行乘法运算，并得到它们和频与差频信号。由于被测信号和参考信号通频、和频信号为直流信号。差频信号通过后面的低通滤波器滤除。低通滤波器滤除和频信号以及噪声信号，提到输出直流信号的信噪比。所述磁场传感电路包括磁场传感器Ul、offset电路和set/reset电路，磁场传感器Ul为HMC1002 ;所述offset电路、set/reset电路分别与磁阻式传感器连接；所述第一放大器包括运放U2和运放U3，所述第二放大器包括运放U4和运放U5，所述运放U2、运放U3、运放U4和运放U5为INA128。所述set/reset电路用于输出振荡脉冲，驱动set/reset带电阻工作，set/reset带电阻在通以适当大小，适当周期的峰值电流时可以使磁阻内部磁畴重排，消除软磁材料磁滞效应带来的“记忆误差”。所述set/reset电路包括场效应管P1、场效应管P2、电容C9、电容ClO和电阻R7，所述场效应管Pl与场效应管P2为IRF5851 ;所述场效应管Pl的I脚和当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种精密的高频弱磁场信号测量电路，其特征在于：包括磁场传感电路、用于放大磁场传感电路第一输出信号的第一放大器和用于放大磁场传感电路第二输出信号的第二放大器，该测量电路还包括第一锁相放大器、第二锁相放大器、第一ADC模块和第二ADC模块，所述第一锁相放大器的输入端与第一放大器的输出端连接，所述第一锁相放大器的输出端与第一ADC模块的输入端连接；所述第二锁相放大器的输入端与第二放大器的输出端连接，所述第二锁相放大器的输出端与第二ADC模块的输入端连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程体阳，王瑞，莫洋，田雨，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：新型
国别省市：重庆;85