一种基于S/R激励电路的磁阻磁强计制造技术

本发明专利技术涉及一种基于S/R激励电路的磁阻磁强计，包含：磁阻传感器和包含信号处理子系统及低通滤波电路的电路系统，其中所述低通滤波电路与所述信号处理子系统的输出端相连，所述低通滤波电路的输出端为整个磁阻磁强计的输出端，其特征在于，所述信号处理子系统包含串联连接的交流耦合电路和相敏解调电路；所述电路系统还包含S/R激励电路，该S/R激励电路输出端与所述磁阻传感器输入端相连接，用于与所述交流耦合电路和相敏解调电路配合使所述磁阻磁强计工作于交流耦合模式下。所述S/R激励电路包含依次串联连接的晶振电路、分频电路和脉冲发生电路；其中所述脉冲发生电路的输出端为所述S/R激励电路的输出端，与所述磁阻传感器的输入端相连。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于磁场探测
，涉及提高磁阻磁强计性能的电路设计技术，适用于消除强磁场对磁阻传感器的历史影响，消除外界强磁场的干扰，提高磁阻磁强计的灵敏度，线性度，抑制温漂，扩展频带等，具体涉及一种基于S/R激励电路的磁阻磁强计。
技术介绍
磁场测量技术作为一门独立的科学，在科学研究、国防建设、工业生产、日常生活等领域起到了重要作用。其中，磁场测量技术广泛应用于地球物理、空间技术、军事工程、工业、生物学、医学、考古学等许多领域。因此，研究和发展高精度、稳定性好、使用简单，成本低廉、低功耗的磁场测量仪器有着深远的意义。在科技工作中，研究和测定地磁场及其随时间变化的仪器、测定磁异常及研究磁性的仪器、测定磁场强度的仪器等统称磁强计。从工作原理角度，磁强计的种类包括磁通门、质子旋进、光泵、霍尔效应、磁阻等。磁阻磁强计的工作原理是利用各向异性磁阻效应，磁阻传感器是以硅作为衬底，在其上制作四个相同的铁镍合金带形成惠斯通电桥。当通电磁性薄膜置于外加磁场中时，薄膜电阻将会发生变化。当空间磁场为零时，四片薄膜电阻均为R，电桥供电电源\驱动薄膜中的电流，当外界施加磁场M时，薄膜的磁化状态发生变化，磁化方向顺着电流的方向，相对放置的两片薄膜的电阻减小AR，另外两片薄膜电阻的磁化方向与电流方向相反，电阻增大AR。在线性范围内，输出电压与桥路供电电压和被测磁场的关系分别为&和Vot = V。*H*S。式中R为K半导体薄膜电阻值，AR为阻值变化量，H为外加磁场值，S为磁阻传感器的灵敏度，可以得出# = V^S，即在线性范围内，输出电压V。m和被测磁场强度H成正比。目前磁阻磁强计系统的体积小，成本低，应用广泛。不足之处在于磁阻磁强计在分辨率和灵敏度等方面有待提高。本专利技术改进磁阻磁强计电路设计，提高磁阻磁强计的分辨率和灵敏度。使磁阻磁强计能够更广泛的应用于探矿、地下钻孔、位置检测、航海系统等方面。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为克服现有技术的磁阻磁强计系统在分辨率和灵敏度等方面不足，从而提供一种基于S/R激励电路的磁阻磁强计。为实现上述目的，本专利技术提供一种基于S/R激励电路的磁阻磁强计，包含磁阻传感器和包含信号处理子系统及低通滤波电路的电路系统，其中所述低通滤波电路的输入端与所述信号处理子系统的输出端相连，所述低通滤波电路的输出端为整个磁阻磁强计的输出端，其特征在于，所述信号处理子系统包含串联连接的交流耦合电路和相敏解调电路；所述电路系统还包含S/R激励电路，该S/R激励电路输出端与所述磁阻传感器的一输入端相连接，用于与所述交流耦合电路和相敏解调电路配合使所述磁阻磁强计系统工作于交流耦合模式下。所述信号处理子系统还包含前级放大电路；所述前级放大电路、交流耦合电路和相敏解调电路依次串联连接；其中，所述前级放大电路输入端与所述磁阻传感器的一输出端相连接；所述相敏解调电路的输出端与所述低通滤波器输入端相连。可选的，所述S/R 激励电路与交流耦合电路、相敏解调电路配合使所述磁阻磁强计工作于交流耦合模式下，用于消除强磁场对磁阻传感器的历史影响，消除外界强磁场的干扰，提高灵敏度，线性度。可选的，所述S/R激励电路包含依次串联连接的晶振电路、分频电路和脉冲发生电路；其中所述脉冲发生电路的输出端为所述S/R激励电路的输出端，与所述磁阻传感器的一输入端相连。优化的，如果所述相敏解调电路和所述低通滤波电路之间串联一积分电路时，所述磁阻磁强计还包含一与所述积分电路输出端相连接的Offset反馈电路，用于将转化得到的电流信号以负反馈的方式接到所述磁阻传感器的磁场偏置电流带上使磁阻传感器工作在“零磁场”。可选的，所述Offset反馈电路包含串联连接的稳压电路和U/I转换电路；其中，所述稳压电路输入端与所述积分电路输出端相连，所述U/I转换电路的输出端与所述磁阻传感器的一输入端相连。可选的，所述信号处理子系统还可以与积分电路、Offset反馈电路和磁阻传感器形成闭环回路，使磁阻磁强计工作在闭环工作模式下，用于稳定系统工作状态和放大倍数， 减小非线性失真，提高磁阻磁强计的灵敏度和线性度，扩展频带等。本专利技术采用S/R激励电路实现交流耦合，其中交流耦合模式的优点在于能够消除强磁场对磁阻传感器的历史影响，消除外界强磁场的干扰，提高灵敏度，线性度，并可以有效的抑制温漂的影响。优化的本专利技术还可以再采用Offset反馈电路使系统工作于闭环模式的优点在于能够稳定电路的工作状态和放大倍数，减小非线性失真，提高磁阻磁强计的灵敏度和线性度，扩展频带等。附图说明图Ι-a是本专利技术的基于S/R激励电路的磁阻磁强计系统电路结构图；图l_b是本专利技术的基于S/R激励电路的增加了反馈电路的磁阻磁强计系统整体结构；图2本专利技术的交流耦合电路图；图3本专利技术的闭环反馈回路电路图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述本系统的整体电路设计如附图1所示，本性系统由磁阻传感器和包含信号处理子系统的电路系统两部分组成。其中，所述电路系统还包含一 S/R激励电路，所述S/R激励电路与包含交流耦合电路和相敏解调电路的信号处理电路使系统工作于交流耦合模式。优化的本专利技术还可以再采用Offset反馈电路，该Offset反馈电路与包含积分电路的信号处理电路形成闭环工作模式。图Ι-a描述了基于S/R激励电路的磁阻磁强计系统整体结构，磁阻磁强计系统由磁阻传感器和包含信号处理子系统的电路系统两部分组成，两部分之间通过数据接口连接。信号处理子系统包括前级放大电路、交流耦合电路、相敏解调电路、低通滤波电路、电源模块和S/R激励电路。其中，利用S/R激励电路使磁阻磁强计工作在交流耦合模式下。磁阻传感器输出的电压信号依次经过放大、交流耦合、相敏解调输出到低通滤波电路，最后得到输出电压信号。 图Ι-b描述了基于S/R激励电路的进一步优化的磁阻磁强计系统整体结构，磁阻磁强计系统由磁阻传感器和包含信号处理子系统的电路系统两部分组成，两部分之间通过数据接口连接。改进的信号处理子系统包括前级放大电路、交流耦合电路、相敏解调电路、 积分电路、低通滤波电路、电源模块、S/R激励电路、Offset反馈电路。其中，S/R激励电路和Offset反馈电路是信号处理电路的两个重要组成部分，利用S/R激励电路使磁阻磁强计工作在交流耦合模式下；Offset反馈电路使磁阻磁强计工作在闭环模式下。磁阻传感器输出的电压信号依次经过放大、交流耦合、相敏解调和积分处理。将处理得到的电压信号，一方面反馈到Offset模块，产生用来驱动磁场偏置电流带的电流信号，形成闭环工作回路； 另一方面，输出到低通滤波电路，最后得到输出电压信号。S/R激励电路如附图2所示。该电路产生置位/复位脉冲电流，流经磁阻传感器的置位/复位电流带(S/R Strap)，使磁阻传感器周期性的置位、复位，消除强磁场对磁阻传感器的历史影响，消除外界强磁场的干扰，提高灵敏度，线性度，并可以有效的抑制温漂。交流耦合电路，S/R激励电路由晶振电路、分频电路和脉冲发生电路三部分组成。 利用晶振电路和时钟分频电路得到频率适合的脉冲信号，再经过脉冲发生电路处理得到用于驱动磁阻传感器的置位/复位电流带(S/R Strap)的脉冲电流信号。使磁阻传感器周期性的进行置位/复位操本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于Ｓ／Ｒ激励电路的磁阻磁强计，包含：磁阻传感器和包含信号处理子系统及低通滤波电路的电路系统，其中所述低通滤波电路的输入端与所述信号处理子系统的输出端相连，所述低通滤波电路的输出端为整个磁阻磁强计的输出端，其特征在于，所述信号处理子系统包含串联连接的交流耦合电路和相敏解调电路；所述电路系统还包含Ｓ／Ｒ激励电路，该Ｓ／Ｒ激励电路输出端与所述磁阻传感器的一输入端相连接，用于与所述交流耦合电路和相敏解调电路配合使所述磁阻磁强计工作于交流耦合模式下。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：葛丽丽，王劲东，
申请(专利权)人：中国科学院空间科学与应用研究中心，
类型：发明
国别省市：11