一种用于磁通门信号处理的电路制造技术

本发明专利技术提供了一种用于磁通门信号处理的电路，包括：前置放大器、AD转换器、数字信号处理电路、DA转换器和反馈电流驱动器；所述的前置放大器对传感器经外界磁场感应得到的电压信号进行放大处理，并通过AD转换器转化为数字信号；所述的数字信号经数字信号处理电路处理后，将生成的能够反应外界磁场矢量信息的信号分两路传输，其中一路信号经降采样处理后向外输出，另一路信号经DA转换器转化为模拟信号后，通过反馈电流驱动器输入至传感器的反馈线圈，形成闭环回路。本发明专利技术的电路利用数字信号处理器替代传统磁通门磁强计的信号处理部分，使用数字形式对信号进行处理能够消除处理过程中的精度损失，提升信号最终输出的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于磁通门信号处理的电路
本专利技术涉及空间磁场探测领域，具体涉及一种用于磁通门信号处理的电路。
技术介绍
在空间物理研究中，通常采用磁通门磁强计进行空间磁场的矢量测量。磁通门技术最早于1930年由德国人开发，并在同一时期开始进入实用阶段。其对磁场探测的范围跨度很大(+/-65000nT)，分辨率要求高(噪声低于0.05nT/Hz1/2@1Hz)，正负65000nT即指测量范围为130000nT，若分辨率为16位则探测精度为130000nT/216≈1.98nT，而测量范围为1000nT时探测精度为1000nT/216≈0.015nT，所以采用传统单一量程的常规磁通门磁强计很难同时满足测量范围与分辨率的双重要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为解决现有的磁通门磁强计无法同时满足测量范围与分辨率高要求的技术问题，提供一种用于磁通门信号处理的电路，该电路利用数字信号处理器替代传统磁通门磁强计的信号处理部分，使用数字形式对信号进行处理能够消除处理过程中的精度损失，提升信号最终输出的精度。为了实现上述目的，本专利技术提供的一种用于磁通门信号处理的电路，包括：前置放大器、AD转换器、数字信号处理电路、DA转换器和反馈电流驱动器；所述的前置放大器对传感器经外界磁场感应得到的电压信号进行放大处理，并通过AD转换器转化为数字信号；所述的数字信号经数字信号处理电路处理后，将生成的能够反应外界磁场矢量信息的信号分两路传输，其中一路信号经降采样处理后向外输出，另一路信号经DA转换器转化为模拟信号后，通过反馈电流驱动器输入至传感器的反馈线圈，形成闭环回路。作为上述技术方案的进一步改进，所述的数字信号处理电路包括：相敏解调器、积分器和降采样器；所述的相敏解调器、积分器和降采样器分别对数字信号进行相敏同步解调、积分和降采样处理。作为上述技术方案的进一步改进，所述的数字信号处理电路还包括自激调节器，所述的自激调节器包括：依次连接的白噪声信号生成器、信号叠加器、高频AD转换器和低通滤波器；所述相敏解调器的输出端与信号叠加器连接，所述低通滤波器的输出端与积分器连接，所述的信号叠加器将白噪声信号生成器输出的高频白噪声信号与相敏解调器输出的信号进行波形叠加，并通过高频AD转换器和低通滤波器对叠加后的信号进行过采样和低通滤波处理。作为上述技术方案的进一步改进，所述的AD转换器将前置放大器放大处理后的电压信号转化为16位的数字信号，所述的自激调节器用于将16位的数字信号进行过采样调制后，获得24位的数字信号。本专利技术的一种用于磁通门信号处理的电路优点在于：1、使用数字信号处理方式，可以将大量用以实现相同信号处理功能的模拟器件全部只由一块数字信号处理器来替代，从而降低磁通门磁强计的功耗和体积，同时避免模拟信号受外界过多的干扰；2、使用更简单的器件实现高精度探测，有效的降低了制造成本；3、采用过采样调制方式实现数字磁强计的高分辨率输出，提升了当前磁通门磁强计的探测精度；4、由于高精度器件大多没有宇航级，无法实现外太空探测，而使用本专利技术中的电路，可以使用一般精度的宇航级器件实现高精度的探测效果。附图说明图1为本专利技术实施例中的一种用于磁通门信号处理的电路结构示意图。图2为环境磁场强度与感应电动势二次谐波强度之间的关系图。图3为本专利技术实施例中自激调节器的结构示意图。图4a为本专利技术中相敏解调器输出的被测信号的信号波形图。图4b为图4a中示出的被测信号经高频白噪声信号叠加后的信号波形图。图4c为图4b中示出的叠加信号经过采样处理后的信号波形图。图4d为图4c中示出的信号经低通滤波处理后的信号波形图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术所述的一种用于磁通门信号处理的电路进行详细说明。如图1所示，本专利技术提供的一种用于磁通门信号处理的电路，该电路包括：前置放大器、AD转换器、数字信号处理电路、DA转换器和反馈电流驱动器；所述的前置放大器对传感器经外界磁场感应得到的电压信号进行放大处理，并通过AD转换器转化为数字信号；所述的数字信号经数字信号处理电路处理后，将生成的能够反应外界磁场矢量信息的信号分两路传输，其中一路信号经降采样处理后向外输出，另一路信号经DA转换器转化为模拟信号后，通过反馈电流驱动器输入至传感器的反馈线圈，形成闭环回路。本专利技术的电路与传感器相结合能够组成用于探测磁场的磁通门磁强计；其中，传感器是由绕在磁芯上的初级绕组和包围磁芯的次级线圈组成的。传感器初级绕组通常加载一定频率fo(～10kHz)的对称脉冲激励电流。在每个激励电流脉冲作用下，磁芯被饱和两次。如果有外磁场存在的情况下，会激发次级线圈中的二次谐波分量，二次谐波分量的幅度正比于外磁场的大小，磁通门磁强计正是利用次级线圈中二次谐波正比于外磁场强度的原理来探测磁场。传感器输出的任意偶次谐波均可作为被测磁场的量度，由于二次谐波幅值最大，故通常选取其二次谐波电压量度被测磁场。磁通门传感器利用电磁感应原理来实现对磁场的检测，将磁信号转换为电信号。但是，从图2中示出的环境磁场强度B与感应电动势二次谐波强度H之间的关系可知：如果信号线圈所处环境的磁场强度过高，则导致线性度不高，在此种情况下利用二次谐波强度来衡量外场强度时，必然会产生极大的误差。为此，在本专利技术的电路中，通过设置的反馈电流驱动器将反馈信号输入至传感器的反馈线圈，用来抵销环境磁场，使传感器的线圈始终工作在零磁场附近，由于零场相对于开环磁芯中的非激励外磁场要小很多，这对外界被测磁场的影响就减小了，有利于线性度的提高，使线圈工作在最佳的线性区域，并有效抑制了温漂和零漂现象。基于上述结构的电路，如图1所示，在本实施例中，所述的数字信号处理电路包括：相敏解调器、积分器、降采样器和自激调节器；所述的相敏解调器、积分器和降采样器分别对数字信号进行相敏同步解调、积分和降采样处理，所述的自激调节器用于将16位的数字信号进行过采样调制后，获得24位的数字信号。利用上述电路进行信号处理的流程为：磁通门传感器输出信号进入前置放大器，对信号进行放大处理后，输出放大后的信号进入ADC进行模数转换，将转换后的数字信号进入数字信号处理电路进行一系列处理；在数字信号处理电路中首先对ADC输出的16位数字信号进行相敏同步解调，然后对解调信号送入自激调节器，对信号进行抖动激励，随后自激调节器将调制后的信号输出到积分器，进行积分处理后输出，其中一路信号输出到DAC进行数模转换，转换后的模拟量通过反馈电流驱动器输入到传感器反馈线圈，完成整个闭环系统的信号处理，另一路信号经降采样处理后向外输出。对于磁通门磁强计而言，有效信号(二次谐波)的强度通常大大小于一次和三次谐波分量的强度，为彻底去除一次和三次谐波分量，必须采用相敏同步解调。相敏同步解调的原理是在基准信号的前半个周期对信号进行同相放大，在基准信号的后半个周期对信号进行反相放大。另外，所述的相敏解调器、自激调节器、积分器和降采样器均可由FPGA进行集成设计，从而进一步减小电路的功耗和体积。本专利技术的上述电路采用信号抖动过采样技术，由此技术将16位数字信号增强为有效的24位数字信号，大幅提升了采样精度。将传统的磁通门磁强计仪器部分由模拟电路改为数字电路，使16位ADC和16位DAC实现24位采集精度，大大超越已有的磁通门磁强本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于磁通门信号处理的电路，其特征在于，包括：前置放大器、AD转换器、数字信号处理电路、DA转换器和反馈电流驱动器；所述的前置放大器对传感器经外界磁场感应得到的电压信号进行放大处理，并通过AD转换器转化为数字信号；所述的数字信号经数字信号处理电路处理后，将生成的能够反应外界磁场矢量信息的信号分两路传输，其中一路信号经降采样处理后向外输出，另一路信号经DA转换器转化为模拟信号后，通过反馈电流驱动器输入至传感器的反馈线圈，形成闭环回路。

【技术特征摘要】
1.一种用于磁通门信号处理的电路，其特征在于，包括：前置放大器、AD转换器、数字信号处理电路、DA转换器和反馈电流驱动器；所述的前置放大器对传感器经外界磁场感应得到的电压信号进行放大处理，并通过AD转换器转化为数字信号；所述的数字信号经数字信号处理电路处理后，将生成的能够反应外界磁场矢量信息的信号分两路传输，其中一路信号经降采样处理后向外输出，另一路信号经DA转换器转化为模拟信号后，通过反馈电流驱动器输入至传感器的反馈线圈，形成闭环回路。2.根据权利要求1所述的用于磁通门信号处理的电路，其特征在于，所述的数字信号处理电路包括：相敏解调器、积分器和降采样器；所述的相敏解调器、积分器和降采样器分别对数字信号进行相敏同步解调、积分和降采样处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云鹏，王劲东，李磊，周斌，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11