一种TMR磁传感器的初始化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种TMR磁传感器的初始化方法及系统，本发明专利技术方法包括：确定TMR磁传感器的饱和磁场及线性工作点；在未知外磁场环境下，向TMR磁传感器的磁补偿线圈施加补偿电流以产生足够大的补偿磁场，使TMR磁传感器历经正负饱和状态；补偿电流回到最大值后逐步减小，使TMR磁传感器在当前补偿电流下的输出电压、线性工作点对应的输出电压V

【技术实现步骤摘要】
一种TMR磁传感器的初始化方法及系统


[0001]本专利技术涉及弱磁信号探测
，具体涉及一种TMR磁传感器的初始化方法，可用于实现三轴一体化的TMR磁场传感器的初始化。

技术介绍

[0002]磁传感器在汽车电子、工业自动控制、存储、地质勘探、生物医学、航空航天等各个领域具有广泛的应用前景及巨大的市场需求。隧道结磁电阻(Tunneling Magnetoresistance，TMR)传感器，具有体积小、功耗低、灵敏度高等优势，具有发展成为小型化高性能磁传感器的巨大潜力。然而，TMR不可避免的存在磁滞现象。外磁场变化时，TMR磁化强度并不会沿着起始磁化曲线变化，而依赖于其所经历的磁状态历史。由于TMR磁历史状态不同，其输出与被测磁场的关系难以确定，因此无法根据TMR输出的大小得出外磁场的大小，严重影响了TMR的磁场测量能力。磁场实时补偿技术可有效抑制磁滞的影响，其基本原理为：当环境外磁场变化时，TMR磁传感器的输出电压随外磁场的变化而变化，将输出电压与参考电压的差值作为控制量，在控制器的作用下产生补偿电流供给补偿线圈，从而得到补偿磁场作叠加到外磁场中，抵消外磁场的变化，使TMR磁传感器的敏感磁场始终保持相对恒定的状态，即保持恒定的历史状态，从而减小磁滞的影响，提高传感器的测量精度。通过磁场实时补偿技术可以测得环境外磁场的变化，即通过补偿电流的变化来确定外磁场的变化。但磁场实时补偿需要确定特定的工作点，因此必须建立在有效的初始化基础上。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种TMR磁传感器的初始化方法及系统，本专利技术通过确定TMR工作的历史磁场可降低磁滞影响，利用初始化工作点及补偿电流计算出外磁场大小，可实现初始环境磁场测量，并根据补偿电流的变化确定环境外磁场变化。本专利技术将TMR饱和磁化过程引入到TMR磁传感器中，结合磁场实时补偿技术，在磁化和补偿过程中均减小历史磁场的影响，抑制了磁滞对TMR磁传感精度的影响，根据工作点和补偿电流可以计算外磁场大小及变化，具有提升磁传感器测量能力的优势。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种TMR磁传感器的初始化方法，包括：
[0006]S1、确定TMR磁传感器的饱和磁场及线性工作点；
[0007]S2、在未知的当前外磁场环境下，依次给TMR磁传感器的磁补偿线圈施加正向的饱和补偿电流I
S
、、反向的饱和补偿电流
‑
I
S
以产生正、负饱和磁场，使TMR磁传感器历经正负饱和磁化状态；给TMR磁传感器的磁补偿线圈施加正向的饱和补偿电流I
S
；
[0008]S3、减小给TMR磁传感器的磁补偿线圈施加的补偿电流；
[0009]S4、判断TMR磁传感器在当前补偿电流下的输出电压、线性工作点对应的输出电压V
r
之间的差值ΔV在预设阈值范围内是否成立，若成立，则确定当前补偿电流作为初始补偿电流I
r
，跳转至步骤S5，否则跳转至步骤S3；
[0010]S5、基于初始补偿电流I
r
、线性工作点对应的外磁场B
r
确定初始环境外磁场B0的大小。
[0011]可选地，步骤S1包括：
[0012]S1.1、在零磁场环境下施加一变化的外磁场，测试得到TMR磁传感器的磁场
‑
输出曲线，所述磁场
‑
输出曲线包括外磁场的大小、TMR磁传感器的输出电压之间的对应关系；
[0013]S1.2、根据TMR磁传感器的磁场
‑
输出曲线，确定TMR磁传感器的饱和磁场及线性工作点，并确定线性工作点对应的输出电压V
r
。
[0014]可选地，步骤S1.2中所述线性工作点是指对磁场
‑
输出曲线进行一阶求导的导数最大点，线性工作点对应的外磁场值为B
r
、输出电压值为V
r
。
[0015]可选地，步骤S1.2中还包括计算TMR磁传感器的线性工作点的灵敏度，且TMR磁传感器的线性工作点的灵敏度的计算函数表达式为：
[0016][0017]上式中，S为TMR磁传感器的线性工作点的灵敏度，max为最大值函数，V为TMR磁传感器在外磁场环境下的输出电压，B为外磁场的大小。
[0018]可选地，步骤S3中减小给TMR磁传感器的磁补偿线圈施加的补偿电流时，采用预设的补偿电流减小量ΔI降低补偿电流，每一次在原补偿电流的基础上减去补偿电流减小量ΔI后作为新的补偿电流。
[0019]可选地，步骤S3中减小给TMR磁传感器的磁补偿线圈施加的补偿电流时，采用变化的补偿电流减小量ΔI降低补偿电流，每一次在原补偿电流的基础上减去补偿电流减小量ΔI后作为新的补偿电流，且变化的补偿电流减小量ΔI的计算函数表达式为：
[0020][0021]上式中，ΔV为TMR磁传感器在原补偿电流下的输出电压、线性工作点对应的输出电压V
r
之间的差值，S为TMR磁传感器的线性工作点的灵敏度，L为TMR磁传感器的磁补偿线圈的励磁系数。
[0022]可选地，步骤S5中确定初始环境外磁场B0的大小的计算函数表达式为：
[0023]B0＝B
r
+I
r
L
[0024]上式中，B
r
为线性工作点对应的外磁场大小，I
r
为初始补偿电流，L为TMR磁传感器的磁补偿线圈的励磁系数。
[0025]可选地，步骤S5中还包括确定当前外磁场环境下的外磁场变化量
△
B和补偿电流I之间的函数关系，且该函数关系的函数表达式为：
[0026]ΔB＝(I
‑
I
r
)L
[0027]上式中，I为当前外磁场下向TMR磁传感器的磁补偿线圈施加的补偿电流，I
r
为初始补偿电流，L为TMR磁传感器的磁补偿线圈的励磁系数。
[0028]此外，本专利技术还提供一种TMR磁传感器的初始化系统，包括相互连接的微处理器和存储器，所述微处理器被编程或配置以执行所述TMR磁传感器的初始化方法的步骤。
[0029]此外，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行所述TMR磁传感器的初始化方法的计算机程序。
[0030]和现有技术相比，本专利技术主要包括下述优点：
[0031]1、本专利技术通过确定TMR工作的历史磁场可降低磁滞影响，利用初始化工作点及补偿电流计算出外磁场大小，可实现初始磁场测量，进一步可实现结合电流实时补偿技术可在抑制磁滞的情况下确定外磁场变化大小。
[0032]2、本专利技术将TMR饱和磁化过程引入到TMR磁传感器中，结合磁场实时补偿技术，在磁化和补偿过程中均减小历史磁场的影响，抑制了磁滞对TMR磁传感精度的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TMR磁传感器的初始化方法，其特征在于，包括：S1、确定TMR磁传感器的饱和磁场及线性工作点；S2、在未知的当前外磁场环境下，依次给TMR磁传感器的磁补偿线圈施加正向的饱和补偿电流I
S
、、反向的饱和补偿电流
‑
I
S
以产生正、负饱和磁场，使TMR磁传感器历经正负饱和磁化状态；给TMR磁传感器的磁补偿线圈施加正向的饱和补偿电流I
S
；S3、减小给TMR磁传感器的磁补偿线圈施加的补偿电流；S4、判断TMR磁传感器在当前补偿电流下的输出电压、线性工作点对应的输出电压V
r
之间的差值ΔV在预设阈值范围内是否成立，若成立，则确定当前补偿电流作为初始补偿电流I
r
，跳转至步骤S5，否则跳转至步骤S3；S5、基于初始补偿电流I
r
、线性工作点对应的外磁场B
r
确定初始环境外磁场B0的大小。2.根据权利要求1所述的TMR磁传感器的初始化方法，其特征在于，步骤S1包括：S1.1、在零磁场环境下施加一变化的外磁场，测试得到TMR磁传感器的磁场
‑
输出曲线，所述磁场
‑
输出曲线包括外磁场的大小、TMR磁传感器的输出电压之间的对应关系；S1.2、根据TMR磁传感器的磁场
‑
输出曲线，确定TMR磁传感器的饱和磁场及线性工作点，并确定线性工作点对应的输出电压。3.根据权利要求2所述的TMR磁传感器的初始化方法，其特征在于，步骤S1.2中所述线性工作点是指对磁场
‑
输出曲线进行一阶求导的导数最大点，线性工作点对应的外磁场值为B
r
、输出电压值为V
r
。4.根据权利要求3所述的TMR磁传感器的初始化方法，其特征在于，步骤S1.2还包括计算TMR磁传感器的线性工作点的灵敏度，且TMR磁传感器的线性工作点的灵敏度的计算函数表达式为：上式中，S为TMR磁传感器的线性工作点的灵敏度，max为最大值函数，V为TMR磁传感器在外磁场环境下的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜青法，罗慧慧，胡佳飞，潘孟春，李自斌，张锐，丁增权，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：