用于磁阻测量交变磁场的奇次谐波分量非线性补偿方法技术

本发明专利技术涉及一种用于磁阻测量交变磁场的奇次谐波分量非线性补偿方法，包括以下步骤：确定磁阻测量交变磁场输出信号的奇次谐波分量最高阶次；构建磁阻输出信号奇次谐波分量幅值与被测磁场强度幅值的数学关系；获取磁阻输出信号基波和各奇次谐波的幅值信息以及磁阻线性工作区间灵敏度；使用磁阻线性工作区间灵敏度代替磁阻输出特性中一次项系数得到用于磁阻测量交变磁场的奇次谐波分量非线性补偿公式

【技术实现步骤摘要】
用于磁阻测量交变磁场的奇次谐波分量非线性补偿方法


[0001]本专利技术属于交变磁场测量
，涉及一种用于磁阻测量交变磁场的奇次谐波分量非线性补偿方法
。

技术介绍

[0002]磁阻传感器是利用某些材料磁阻效应制成的磁敏感元件，包括各向异性磁阻
(anisotropic magneto resistance
，
AMR)
传感器
、
巨磁阻
(giant magneto resistance
，
GMR)
传感器以及隧道磁阻
(tunneling magneto resistance
，
TMR)
传感器等
。
不同于线圈基于电磁感应原理间接测量磁场，磁阻基于磁阻效应可对磁场进行直接测量
。
因此，磁阻测量交变磁场时其测量灵敏度几乎不受频率影响
。
磁阻以其频率独立特性
、
灵敏度高以及尺寸小等优点取代线圈，被成功应用在电磁层析成像
、
涡流检测等交变磁场测量技术中
。
[0003]磁阻主要由铁磁性材料构成，其输出特性曲线近似于铁磁性材料的磁化曲线，具有非线性特性
。
当被测交变磁场幅值较大时，磁阻非线性特性会导致其输出波形发生畸变甚至饱和，进而影响磁阻测量结果的准确性
。
针对磁阻非线性特性问题，现有解决方案大多通过实测获取磁阻输出特性曲线，利用构建的磁阻输出与输入关系对磁阻非线性测量结果进行校正
[1][2]。
然而，实测磁阻输出特性曲线往往需要设计复杂的测试装置并进行大量的实验，实现过程复杂且繁琐
。
钳位电路同样会导致测量波形发生饱和，崔自强等人通过解调饱和波形中奇次谐波分量对测量结果进行补偿，提高了测量结果的准确性
[3]。
但是目前由于难以精准地确定奇次谐波分量与补偿后测量结果之间的关系，只能通过拟合实测数据获得
。
[0004]参考文献
[0005][1].
辛守乔
,
肖立业
,
马玉鹏
.
巨磁阻传感器输出非线性与温漂的补偿
[J].
高电压技术
,2013,39(5):6.
[0006][2].Xie F,Weiss R,Weigel R.Hysteresis Compensation Method for Magnetoresistive Sensors Based on Single Polar Controlled Magnetic Field Pulses[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2017(1):64.
[0007][3].Cui Z,Hu Y,Wang H.Survey of signal clamping for digital phase sensitive detector[J].Review of Scientific Instruments,2020,91(1):015109.

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供用于磁阻测量交变磁场的奇次谐波分量非线性补偿方法
。
技术方案如下：
[0009]一种用于磁阻测量交变磁场的奇次谐波分量非线性补偿方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1，确定磁阻测量交变磁场输出信号的奇次谐波分量最高阶次
N
；
[0011]步骤2，构建磁阻输出信号奇次谐波分量幅值与被测磁场强度幅值的数学关系：
[0012][0013]其中，
A
为被测磁场强度幅值；
A1和
A3,A5,...,A
N
分别为磁阻输出信号基波和各奇次谐波的幅值信息；
c1为表征磁阻输出特性的奇次多项式函数中一次项系数；
[0014]步骤3，获取磁阻输出信号基波和各奇次谐波的幅值信息以及磁阻线性工作区间灵敏度
s
；
[0015]步骤4，使用磁阻线性工作区间灵敏度
s
代替磁阻输出特性中一次项系数
c1得到用于磁阻测量交变磁场的奇次谐波分量非线性补偿公式：
[0016][0017]其中，
A
c
为补偿后的磁阻测量结果；利用磁阻输出信号基波和各奇次谐波的幅值信息以及磁阻线性工作区间灵敏度对磁阻测量结果进行非线性补偿
。
[0018]进一步地，步骤1的方法为：对磁阻施加幅值超过饱和磁场范围的交变激励磁场，对其输出信号进行频谱分析，确定频谱中出现奇次谐波分量的最高阶次
N。
[0019]进一步地，步骤2具体为：
[0020]步骤2‑1，使用
N
阶奇次多项式函数表征磁阻输出特性
[0021][0022]其中，
x
为被测交变磁场信号；
y
为磁阻输出信号；
c0,c1,
…
,c
(N+1)/2
为奇次多项式函数的系数；
[0023]步骤2‑2，获取磁阻测量交变磁场信号的输出信号表达式
[0024]被测交变磁场信号的表达式为
[0025][0026]其中，
A、
分别为被测交变磁场信号的幅值和相角；
ω
为已知被测交变磁场信号频率
f
对应的角频率，
ω
＝2π
f
；
[0027]将被测交变磁场信号表达式代入磁阻输出特性表达式中可得磁阻输出信号表达式：
[0028][0029]步骤2‑3，对磁阻输出信号进行傅里叶级数展开：
[0030]傅里叶级数的公式为
[0031][0032]其中，
a0,a
k
,b
k
为傅里叶系数，
[0033][0034]其中，
T
＝2π
/
ω
为磁阻输出信号周期；
[0035]磁阻输出信号的相角与基波和各奇次谐波的幅值
A
k
无关，令磁阻输出信号表达式中并代入到傅里叶系数
a
k
,b
k
中，可得
[0036][0037]a
k
中
b
k
中
a
k
中可得
[0038][0039]步骤2‑4，获取磁阻输出信号基波和各奇次谐波的幅值表达式
[0040]利用傅里叶系数
a
k
,b
k
获得基波和各奇次谐波的幅值信息
[0041][0042]其中，
k
＝1时
A
k
为基波幅值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于磁阻测量交变磁场的奇次谐波分量非线性补偿方法，包括以下步骤：步骤1，确定磁阻测量交变磁场输出信号的奇次谐波分量最高阶次
N
；步骤2，构建磁阻输出信号奇次谐波分量幅值与被测磁场强度幅值的数学关系：其中，
A
为被测磁场强度幅值；
A1和
A3,A5,...,A
N
分别为磁阻输出信号基波和各奇次谐波的幅值信息；
c1表征磁阻输出特性的奇次多项式函数中一次项系数；步骤3，获取磁阻输出信号基波和各奇次谐波的幅值信息以及磁阻线性工作区间灵敏度
s
；步骤4，使用磁阻线性工作区间灵敏度
s
代替磁阻输出特性中一次项系数
c1
得到用于磁阻测量交变磁场的奇次谐波分量非线性补偿公式：其中，
A
c
为补偿后的磁阻测量结果；利用磁阻输出信号基波和各奇次谐波的幅值信息以及磁阻线性工作区间灵敏度对磁阻测量结果进行非线性补偿
。2.
根据权利要求1所述的奇次谐波分量非线性补偿方法，其特征在于，步骤1的方法为：对磁阻施加幅值超过饱和磁场范围的交变激励磁场，对其输出信号进行频谱分析，确定频谱中出现奇次谐波分量的最高阶次
N。3.
根据权利要求1所述的奇次谐波分量非线性补偿方法，其特征在于，步骤2具体为：步骤2‑1，使用
N
阶奇次多项式函数表征磁阻输出特性：其中，
x
为被测交变磁场信号；
y
为磁阻输出信号；
c0,c1,
…
,c
(N+1)/2
为奇次多项式函数的系数；步骤2‑2，获取磁阻测量交变磁场信号的输出信号表达式：被测交变磁场信号的表达式为其中，
A、
分别为被测交变磁场信号的幅值和相角；
ω
为已知被测交变磁场信号频率
f
对应的角频率，
ω
＝2π
f
；将被测交变磁场信号表达式代入磁阻输出特性表达式中得到磁阻输出信号表达式：步骤2‑3，对磁阻输出信号进行傅里叶级数展开：傅里叶级数的公式为其中，
a0,a
k
,b
k
为傅里叶系数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王超，叶松，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：