一种测量微磁场的方法及其高灵敏传感器技术

一种测量微磁场的方法，其特征在于在高频振荡电路的回路中串联线圈作为微磁场电感探头，并使高频振荡电路产生较稳定的频率输出；当通过电感的磁场变化时，电感也随之变化，使高频振荡电路的输出频率变化；高频振荡电路的输出连接频率采样电路及处理电路，并通过显示设备显示微磁场。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测量微磁场(通常磁通密度B小于10-6高斯(Gauss)的磁场称为微磁场)的方法和采用此方法制成的高灵敏传感器，属电磁学

技术介绍
磁场在现实生活中无处不在，一般的磁感应(Magnetoinductive)磁力计或感应(Inductive)磁力计检测不到微磁场。现有技术中能够检测到微磁场的传感器主要有搜索线圈(Searching coil)、光泵光谱磁力计、光纤磁力计、磁通门式磁力计、核磁共振磁力计，超导量子干涉设备。搜索线圈无法检测静态或变化较慢的磁场，而其它传感器均存在价格昂贵、设备庞大、操作不灵活等缺陷。中国专利02111733.0“极弱微磁场的测量方法”将待测样品置于电子显微镜中拍摄电子全息图，在光学马赫-阵特尔干涉仪上进行位相差放大，通过读取干涉图的干涉条纹数就可获得待测样品的磁通量。这种方法操作极为不便，还需要专门的仪器设备。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种价格便宜、使用方便的测量微磁场的方法，以及用此方法制成的高灵敏、小体积传感器。本专利技术的目的是这样实现的一种测量微磁场的方法，在高频振荡电路的回路中串联由导电线缠绕制成的线圈作为微磁场电感探头，并使高频振荡电路产生较稳定的频率输出；当通过电感的磁场变化时，电感也随之变化，使高频振荡电路的输出频率变化；高频振荡电路的输出连接频率采样及处理电路，并通过显示设备显示微磁场。所述线圈也可绕在磁通率会随磁场变化的磁芯上。测量微磁场的高灵敏传感器，在高频振荡电路中的回路中串联线圈，线圈作为微磁场电感探头；高频振荡电路的输出通过连接频率采样及处理电路，并通过显示设备显示微磁场。其基本原理是通常L/R或L/C振荡器的输出频率与电感有如下关系ω=1LC]]>其中，ω为输出频率，L为电感，C为电容。如果外部磁场的变化量很微弱，将上式对L微分，得到电感微变化与电路输出频率微变化之间的关系式dω=ω-2LdL]]>不难看出，通过上式电感的微变化量与输出频率的微变化量成正比，于是磁场的微变化量也会与输出频率的微变化量成一定比例关系。且提高系统的工作频率和减少电感都能增加磁场微变化引起的频率变化并提高传感器灵敏度。提高传感器灵敏度的最好办法是提高系统的工作频率。不断提高工作频率理论上灵敏度可以达到无限大。根据这一思路修改电路的形式，使磁传感器的工作频率处于15MHz左右，达到提高传感器灵敏度的目的。采用本专利技术，具有如下优点1.可同时检测动态和静态微磁场。2.灵敏度高，现有磁场传感器中，只有超导量子干涉设备与之相当。3.价格便宜。4.体积小、使用方便。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步说明图1是本专利技术原理方框图。图2是本专利技术传感器一实施例电路原理图。具体实施例方式一种测量微磁场的方法，将导电线缠绕成的线圈串接在高频振荡电路振荡回路中作为微磁场电感探头，电感探头的电感随磁场变化而使高频振荡电路的输出频率变化；输出频率通过高频采样保持电路、接口电路、CPU和显示处理电路检测动态和静态微磁场。如图1所示，为一个检测系统结构的完整框图，目前的Soc(System on chip)技术可以集成整个电路系统在一块芯片上，并且这样的设计过程可以大部分通过软件编程自行研发完成。因此，检测系统可以做到除显示器外，其余部分完全集成，大大降低制造和设计成本。如图2所示，是测量微磁场的高灵敏传感器一具体实施电路，在高频振荡电路中的回路中串联导电线缠绕成的线圈L，线圈L作为微磁场电感探头；高频振荡电路的输出通过信号采集电路，处理电路送入显示设备。磁场传感器的核心是一个高频振荡发生器。两个反相器I1、I2和一个作为探头的电感L反馈加上电容C2及相应电阻R1、R2构成一个完整的振荡回路。两个反相器I1、I2构成振荡电路的主动部分；电阻R1、R2主要起偏置反相器使之处于振荡工作区的作用；一个电感L和一个电容C2构成了振荡电路的反馈回路；一个电容C1隔离两个反相器，使两者间不产生直流电流。适当调整电阻R1、R2参数使反相器I1、I2处于工作区，再适当调整电感L和电容C2参数就能使电路产生一个稳定的振荡输出。当有磁场通过电感L探头时，电感变化，从而引起频率变化。采用采样电路记录频率信号的变化，通过接口电路送入中央处理器对数据进行处理，将处理后的信号再通过显示处理电路送入显示装置，就能够用肉眼直接观察到磁场的变化。本专利技术也可将线圈绕在磁通率会随磁场变化的磁芯上作为高频振荡电路的电感探头，当磁场变化时，电感也随之变化，促使振荡电路的输出频率变化，于是振荡电路的输出频率变化就会与磁场的变化成一定的比例关系。目前用振荡频率在15MHz左右的传感器最低能够检测到7.05×10-10高斯(Gauss)的磁场。权利要求1.一种测量微磁场的方法，其特征在于在高频振荡电路的回路中串联线圈作为微磁场电感探头，并使高频振荡电路产生较稳定的频率输出；当通过电感的磁场变化时，电感也随之变化，使高频振荡电路的输出频率变化；高频振荡电路的输出连接频率采样电路及处理电路，并通过显示设备显示微磁场。2.根据权利要求1所述的测量微磁场的方法，其特征在于所述线圈由导电线缠绕制成。3.根据权利要求1所述的测量微磁场的方法，其特征在于所述线圈绕在磁通率会随磁场变化的磁芯上。4.测量微磁场的高灵敏传感器，其特征在于在高频振荡电路中的回路中串联线圈，线圈作为微磁场电感探头；高频振荡电路的输出通过连接频率采样及处理电路，并通过显示设备显示。5.根据权利要求4所述的测量微磁场的方法，其特征在于所述线圈由导电线缠绕制成。6.根据权利要求4所述的测量微磁场的方法，其特征在于所述线圈绕在磁通率会随磁场变化的磁芯上。全文摘要一种测量微磁场的方法，将导电线缠绕成的线圈串接在高频振荡电路的回路中作为电感，当通过电感的磁场变化时，电感也随之变化，使高频振荡电路的输出频率变化。测量微磁场的高灵敏传感器，在高频振荡电路中的回路中串联导电线缠绕成的线圈，线圈作为微磁场电感探头；高频振荡电路的输出通过线路信号采集电路，处理电路送入显示设备。采用本专利技术，可同时检测动态和静态微磁场；还具有灵敏度高、价格便宜、体积小、使用方便等优点。文档编号G01R33/02GK1570661SQ0313543公开日2005年1月26日 申请日期2003年7月16日 优先权日2003年7月16日专利技术者张奔牛, 张俊乾, 郭雨晴 申请人:张奔牛 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张奔牛，张俊乾，郭雨晴，
申请(专利权)人：张奔牛，
类型：发明
国别省市：