CN100516919C - 三端式磁通门传感器 - Google Patents

Abstract

一种三端式磁通门传感器，由两个“I”字形骨架上各均匀密绕一组线圈，其一组线圈始端和另一组线圈末端连接作为中心端引出，作为传感器的测量端和反馈端，二组线圈的另外二端引出作为传感器的激励端，上述三端焊接在印刷电路板上，把两个“I”字形骨架线圈粘接成“II”字形骨架线圈，通过两个“I”字形骨架中心方孔迭层串绕坡莫合金带2～4匝，制成跑道形磁芯，最后把“II”字形骨架磁性线圈和印刷电路板置于无磁铝盒中封装成一体。本发明结构简单，加工方便，二组线圈串接成一组线圈，具有激励、测量和反馈作用。能抵消线圈的分布电容、干扰信号和温度飘移影响，提高传感器测量分辨率和精度，降低功耗和温度系数，拓展弱磁场的检测范围。

Description

三端式磁通门传感器

技术领域

本发明涉及一种测量弱磁场的传感器。

背景技术

目前对弱磁场检测中使用的磁通门传感器，其结构普遍采用跑道形塑料壳体内置相似形状的坡莫合金片作为磁芯，在壳体上紧密均匀缠绕一组跑道形磁性测量线圈，线圈的两个引出端作为测量端。然后将绕好的跑道形磁性线圈***“I”字形胶木骨架的中心孔内，最后在“I”字形胶木骨架上紧密均匀缠绕一组激励线圈，线圈的两个引出端作为激励端。经封装后制成四端式跑道形磁通门传感器。检测使用时，将四端式跑道形传感器置于磁场中被测位置，磁芯方向正对被测磁场方向。在激励端加入激励电压，于是在测量端就有电压信号，其二次谐波与被测磁场成正比，经过电路调理和标定，最终可以测得被测磁场的磁感应强度大小。四端式跑道形磁通门传感器在加工制作时，其测量线圈的穿心绕制很不方便，而且激励电压要求稳频稳幅、激励功耗大，传感器对称性差、噪声较差、温度漂移大。从而限制了其在弱磁测量领域中的进一步拓展。其主要技术指标为：

1.测量范围：±1nT～±100000nT；

2.噪声：1nT；

3.分辨率：1nT；

4.精度：＜±1％F.S.；

5.线性度：±0.5％F.S.；

6.零位偏移：＜2nT/h；

7.零位温度偏移：＜20nT/℃；

8.功耗：＜200mW。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三端式磁通门传感器。在结构上采用一组串联绕制线圈，中心抽头作为测量端，也作为反馈端，另两端作为激励端。所以这一组线圈起到激励、测量和反馈三种作用。使传感器结构简单、加工制作方便。由于中心抽头两边的线圈匝数相同、电阻相等、电感相等，就可以抵消干扰，降低噪声。而且其分辨率、测量精度、稳定性和温度性能也有大幅度提高，从而拓展了磁通门传感器在弱磁检测领域中的应用范围，提高了相应的技术指标范围。

本发明是这样实现的：用相同的加工工艺在两只“I”字形陶瓷骨架上各自紧密均匀缠绕一组线圈，将其中一组线圈的始端和另一组的末端连接作为中心端引出，该中心端就是传感器的测量端和反馈端，而上述二组线圈的另外两端分别引出作为传感器的激励端，并将引出的三端焊接到印刷电路板上，作为传感器使用时的接线端子。上述二只绕制线圈后的“I”字形陶瓷骨架粘成“II”字形整体骨架线圈，利用两个“I”字形陶瓷骨架的中心方孔，迭层串绕2至4层1J86坡莫合金带，制成跑道形磁芯。这样，再将绕制好的“II”字形磁芯线圈和印刷线路板置于无磁铝盒内，用硅胶封装成一体。

附图说明

图1为本发明的结构剖视图。

图2为本发明的电路图。

图3为本发明使用时与隔离耦合适配器T的连接电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细描述。

参见图1，1、6为“I”字形陶瓷骨架，14、7为紧密均匀缠绕在骨架1、6上的两组第一、第二线圈，用φ0.1的漆包线绕800～1000匝，线圈绕向如箭头所示。13为第一线圈14的始端，11为第二线圈7的末端。第一线圈14的末端和第二线圈7的始端连接成中心端4。3、12为“I”字形陶瓷骨架1与6的两个粘合处，形成“II”字形骨架的线圈组合体。2、5分别为“I”字形陶瓷骨架1、6的中心孔，用1J86坡莫合金带在中心孔2、5中迭层串绕2至4匝制成跑道形磁芯8。10为无磁铝盒，用来放置“II”字形磁芯骨架及线圈。9为铝盒10底面的螺纹孔，用于安装固定传感器。第一线圈14的始端13，线圈7的末端11，以及第一线圈14的末端和第二线圈7的始端连接成中心端4的三个引出线焊接在印刷线路板上，作为铝盒10的盖板，将“II”字形磁芯骨架及线圈用硅胶封装成传感器整体。印刷线路板上引出的第一线圈14的始端13和第二线圈7的末端11作为本发明三端式磁通门传感器的激励端，第一线圈14的末端和第二线圈7的始端连接成中心端4作为本发明传感器的测量端和反馈端。三端式磁通门传感器的电路图见图2。

本发明三端式磁通门传感器进行弱磁场检测时，将传感器放置在被检测的磁场环境中，传感器的磁芯方向和被测磁场方向保持一致。参见图3，T为隔离耦合适配器，通过激励电路产生的5KHz的方波(也可以正弦波或三角波等)输入到隔离耦合适配器T的A、B端转换成两路方波，由C、D端输入到本发明三端式磁通门传感器的11、13激励端，于是在测量端4产生表征磁场的电信号，提取该电信号与磁场成正比的二次谐波分量，经调理电路处理和标定，就可以得到被检测磁场在此位置的磁感应强度。隔离耦合适配器T放置在弱磁场测量仪调理电路中，与传感器电连接，该适配器T可以在市场上选配。

本发明三端式磁通门传感器经测定，其技术指标为：

1.测量范围：±0.1nT～±1000000nT；

2.噪声：＜0.5nT；

3.分辨率：0.5nT；

4.精度：＜±1％F.S.；

5.线性度：±0.5％F.S.；

6.零位偏移：＜1nT/h；

7.零位温度偏移：＜0.5nT/℃；

8.功耗：＜50mW。

本发明三端式磁通门传感器的特点是测量、反馈和激励线圈由两组相同工艺绕成的线圈头尾串接而成一组线圈，并且由该组线圈的中心端作为传感器的测量端、反馈端，线圈的二端作为传感器的激励端。通过两个在“I”字形陶瓷骨架上绕制的线圈粘合成“II”字形骨架的磁芯线圈具有结构简单、加工方便的优点，而且经过筛选后的两组线圈匝数、电阻值、电感量、分布电容都相等，这样就可以抑制干扰(包括测量端检测到的电信号中的基波分量)，从而有效的降低了噪声、零位温度漂移、功耗，提高了分辨率、精度、稳定性和抗干扰性能，拓展了磁通门传感器在弱磁检测领域的应用范围。

本发明可广泛应用在航天航海、地质勘探、舰船消磁、计量安检等领域。

Claims (4)

1.一种三端式磁通门传感器，包括两个“I”字形陶瓷骨架(1，6)、紧密均匀缠绕在骨架(1，6)上两组线圈(14，7)、印刷电路板和无磁铝盒(10)，其特征在于：第一线圈(14)的末端和第二线圈(7)的始端连接成中心端(4)，作为传感器的测量端和反馈端，第一线圈(14)的始端(13)和第二线圈(7)的末端(11)作为传感器的激励端，线圈使用相同的加工工艺缠绕，中心抽头两边的线圈匝数、电阻值、电感值、分布电容都相等。

2.根据权利要求1所述的三端式磁通门传感器，其特征在于：两组线圈(14，7)分别由Ф0.1线径的漆包线在两个“I”字形陶瓷骨架(1，6)上紧密均匀缠绕800～1000匝。

3.根据权利要求1或2所述的三端式磁通门传感器，其特征在于：

a、两个“I”字形线圈骨架(1，6)经粘合处(3，12)粘结成“II”字形整体骨架线圈；

b、两个“I”字形线圈骨架中心孔(2，5)中用1J86坡莫合金带迭层串绕2～4匝作为跑道形磁芯(8)。

4.根据权利要求1所述的三端式磁通门传感器，其特征在于：

a、第一线圈(14)的末端和第二线圈(7)的始端连接成中心端(4)，第一线圈(14)的始端(13)和第二线圈(7)的末端(11)分别引出焊接在印刷电路板上，作为传感器使用时接线端子；

b、两个“I”字形骨架(1，6)及线圈(14，7)置于无磁铝盒(10)中，印刷电路板作为铝盒(10)的盖板，用硅胶封装成传感器整体。

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