CN108414951B - 周期性调制磁传感器灵敏度降低器件噪声的方法及装置 - Google Patents

周期性调制磁传感器灵敏度降低器件噪声的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种周期性调制磁传感器灵敏度降低器件噪声的方法及装置。本发明包括脉冲震荡电路、震荡信号放大器、磁传感器、导线线圈、磁信号放大器、解调电路及低通滤波器。将脉冲震荡电路与导线线圈相连，使导线线圈产生垂直于磁传感器敏感轴方向的交变磁场，磁传感器在该交变磁场下灵敏度会周期性变化。在测量外磁场时，惠斯通电桥输出的就是传感器灵敏度周期性变化的调制信号；然后采用解调电路将输出调制信号恢复成直流信号。本发明采用导线线圈产生的交变磁场对传感器灵敏度进行调制，使输出信号搭载在高频载波上，降低1/f噪声对输出信号的影响，解决了现有磁传感器在低频段1/f噪声过大的问题；检测电路简单且传感器检测电路集成度高。

Description

周期性调制磁传感器灵敏度降低器件噪声的方法及装置
技术领域
本发明属于传感器信号检测技术领域，涉及一种周期性调制磁传感器灵敏度降低器件噪声的方法及装置。
背景技术
磁传感器是种类繁多的传感器中的一种，它能够感知与磁现象有关的物理量的变化，并将其转变为电信号进行检测。从而能够直接或间接地探测磁场大小、方向、位移、角度、电流等物理信息因此磁传感器在空天、海洋、地质勘探、交通管理、无损检测、目标探测、医疗诊断、计算机、工业自动化、物联网和智能家居等工程技术领域中得到了广泛而卓有成效的应用。
随着微电子技术的发展，磁传感器朝着小型化、集成化和智能化的方向发展。磁阻式传感器包括各向异性磁阻(AMR)磁传感器、巨磁阻(GMR)磁传感器、磁隧道结(TMR)传感器。是20世纪90年代发展起来的磁敏感探测技术。具有体积小、功耗低、灵敏度高等特点。磁传感器的测量精度主要由其信噪比决定，因此，降低磁传感器的噪声对提高其精度至关重要。磁传感器的噪声主要包括低频1/f噪声、闪烁噪声及热噪声。根据噪声频谱，噪声功率主要由1/f噪声和闪烁噪声等低频噪声所贡献。热噪声属于白噪声，其决定传感器的本地噪声。敏感元件的磁场灵敏度越高，其1/f噪声越大，最重要的一点原因取决于内部磁结构的1/f噪声无法通过常规的电调制方法予以抑制。
Cathy Nordman等利用MEMS结构调控磁通聚集器的磁聚集能力，在一定频率下周期振荡，对被测量信号进行调制，达到减少或消除低频噪声的目的。根据磁传感器的不同，改变工作频率可将传感器的1/f噪声每Hz降低1到3个数量级。传感器的信号调制手段是提高传感器探测能力的一个重要手段。
发明内容
本发明的目的就是提供一种周期性调制磁传感器灵敏度降低器件噪声的方法及装置。
本发明一种周期性调制磁传感器灵敏度降低器件噪声的方法，包括如下步骤：
步骤一、由于脉冲震荡电路输出脉冲震荡信号，经震荡信号放大器放大后进入导线线圈，使导线线圈周围产生周期交变的调制磁场，产生的调制磁场作用在磁传感器垂直敏感轴方向。
步骤二、磁传感器受到步骤一中导线线圈产生的垂直敏感轴方向的周期交变磁场作用后灵敏度会呈现周期性变化，实现调制磁传感器灵敏度的目的。
步骤三、磁传感器检测外部磁场信号时，磁传感器对外部信号产生的响应信号会加载在步骤2所述周期交变磁场产生的高频载波上，即输出调制信号。
步骤四、将步骤三中磁传感器输出的调制信号经放大器后连接在解调电路上进行解调，解调电路输出端连接在低通滤波器上，解调滤波后可将输出调制信号恢复成直流信号，起到抑制1/f噪声和高频噪声的作用。
具体是，调制信号经功率放大器进行波形放大后连接在解调电路输入端，脉冲震荡器的另一端连接在解调电路的另一输入端，为解调电路输入一个与调制信号同频同相的参考信号。解调电路进行解调，因调制信号中的噪声与参考信号不相关，解调后经过低通滤波器会被滤除，只保留与输出信号同频同相的有效低频直流输出信号，起到抑制1/f噪声和高频噪声的作用。
基于上述方法，有如下一种周期性调制磁传感器灵敏度降低器件噪声的装置，包括脉冲震荡电路、震荡信号放大器、磁传感器、导线线圈、磁信号放大器、解调电路及低通滤波器。其特征在于：所述的脉冲震荡电路的一端连接在震荡信号放大器，震荡信号放大器输出端连接在导线线圈上，导线线圈的设置在磁传感器四周，磁传感器的输出端连接在磁信号放大器上，磁信号放大器的输出端连接在解调电路上，解调电路的输出连接在低通滤波器上，脉冲振荡电的另一端连接在解调电路中参考信号输入端上。
作为优选，所述的导线线圈放置在磁传感器正上方或者正下方。
作为优选，所述的磁传感器为各向异性磁敏电阻、巨磁阻磁敏电阻或隧道结组成的惠斯通电桥结构。
本发明采用导线线圈产生的交变磁场对传感器灵敏度进行调制，使输出信号搭载在高频载波上，降低1/f噪声对输出信号的影响，解决了现有磁传感器在低频段1/f噪声过大的问题；检测电路简单且传感器检测电路集成度高。
附图说明
图1为本发明的电路图；
图2为本发明的工作原理结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明所述一种周期性调制磁传感器灵敏度降低器件噪声的装置，包括脉冲震荡电路1、震荡信号放大器2、磁传感器3、导线线圈4、磁信号放大器5、解调电路6及低通滤波器7。
脉冲震荡电路1的一端连接在震荡信号放大器2，震荡信号放大器2输出端连接在导线线圈4上，导线线圈4的下方有磁传感器3，磁传感器3的输出端连接在磁信号放大器5上，磁信号放大器5的输出端连接在解调电路6上，解调电路6的输出连接在低通滤波器7上，脉冲振荡电路1的另一端连接在解调电路6中参考信号输入端上。
如图2所示将导线线圈放置在磁传感器正上方或者正下方，所产生的磁场方向垂直于磁敏电阻的敏感轴方向，用以调制传感器的灵敏度，从而对被测磁场的输出进行调制。
所述磁传感器为各向异性磁敏电阻、巨磁阻磁敏电阻或隧道结组成的惠斯通电桥结构。
使用上述装置，有如下一种周期性调制磁传感器灵敏度降低器件噪声的方法：
步骤一、由于脉冲震荡电路输出脉冲震荡信号，经震荡信号放大器放大后进入导线线圈，使导线线圈周围产生周期交变的调制磁场，产生的调制磁场作用在磁传感器垂直敏感轴方向。
步骤二、磁传感器受到步骤一中导线线圈产生的垂直敏感轴方向的周期交变磁场作用后灵敏度会呈现周期性变化，实现调制磁传感器灵敏度的目的。
步骤三、磁传感器检测外部磁场信号时，磁传感器对外部信号产生的响应信号会加载在步骤2所述周期交变磁场产生的高频载波上，即输出调制信号。
步骤四、将步骤三中磁传感器输出的调制信号经放大器后连接在解调电路上进行解调，解调电路输出端连接在低通滤波器上，解调滤波后可将输出调制信号恢复成直流信号，起到抑制1/f噪声和高频噪声的作用。
具体是，调制信号经功率放大器进行波形放大后连接在解调电路输入端，脉冲震荡器的另一端连接在解调电路的另一输入端，为解调电路输入一个与调制信号同频同相的参考信号。解调电路进行解调，因调制信号中的噪声与参考信号不相关，解调后经过低通滤波器会被滤除，只保留与输出信号同频同相的有效低频直流输出信号，起到抑制1/f噪声和高频噪声的作用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (2)

1.周期性调制磁传感器灵敏度降低器件噪声的方法，其特征在于：
包括如下步骤：
步骤一、由于脉冲震荡电路输出脉冲震荡信号，经震荡信号放大器放大后进入导线线圈，使导线线圈周围产生周期交变的调制磁场，产生的调制磁场作用在磁传感器垂直敏感轴方向；
步骤二、磁传感器受到步骤一中导线线圈产生的垂直敏感轴方向的周期交变磁场作用后灵敏度会呈现周期性变化，实现调制磁传感器灵敏度的目的；
步骤三、磁传感器检测外部磁场信号时，磁传感器对外部信号产生的响应信号会加载在步骤2所述周期交变磁场产生的高频载波上，即输出调制信号；
步骤四、将步骤三中磁传感器输出的调制信号经放大器后连接在解调电路上进行解调，解调电路输出端连接在低通滤波器上，解调滤波后可将输出调制信号恢复成直流信号，起到抑制1/f噪声和高频噪声的作用；
具体是，调制信号经功率放大器进行波形放大后连接在解调电路输入端，脉冲震荡器的另一端连接在解调电路的另一输入端，为解调电路输入一个与调制信号同频同相的参考信号；解调电路进行解调，因调制信号中的噪声与参考信号不相关，解调后经过低通滤波器会被滤除，只保留与输出信号同频同相的有效低频直流输出信号，起到抑制1/f噪声和高频噪声的作用；
上述方法基于如下周期性调制磁传感器灵敏度降低器件噪声的装置实现，该装置包括脉冲震荡电路、震荡信号放大器、磁传感器、导线线圈、磁信号放大器、解调电路及低通滤波器；所述的脉冲震荡电路的一端连接在震荡信号放大器，震荡信号放大器输出端连接在导线线圈上，导线线圈的设置在磁传感器四周，磁传感器的输出端连接在磁信号放大器上，磁信号放大器的输出端连接在解调电路上，解调电路的输出连接在低通滤波器上，脉冲震荡电路的另一端连接在解调电路中参考信号输入端上；
所述的导线线圈放置在磁传感器正上方或者正下方。
2.如权利要求1所述的周期性调制磁传感器灵敏度降低器件噪声的方法，其特征在于：所述的磁传感器为各向异性磁敏电阻、巨磁阻磁敏电阻或隧道结组成的惠斯通电桥结构。
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