CN203443919U - 弱磁感应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种弱磁感应器。所述弱磁感应器包括电源模块、驱动模块、谐振平衡电路和半波整流放大电路，电源模块为弱磁感应器提供工作所需的电压，驱动模块采用ALTERA公司的以CPLD为核心的任意一种可编程逻辑器件，通过软件编程对晶振进行分频得到方波信号，作为RLC串联谐振电路工作所需的驱动信号，谐振平衡电路由RLC串联谐振电路和磁驱动平衡电感组成，所述谐振平衡电路输出端连接半波整流放大电路，通过半波整流放大电路输出磁感应信号。本实用新型弱磁感应器，设计科学、合理，结构简单，具有功耗低，集成度高，体积小、灵敏度高的特点。应用于以弱磁为检测对象的磁探测领域，能有效感应出金属构件因瑕疵和损伤表现出的特性弱磁场。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种传感器，特别是涉及一种弱磁感应器，可广泛应用于以弱磁为检测对象的磁探测领域。
背景技术
随着国民经济的快速发展和国民安全意识的提高，由金属构件瑕疵和损伤带来的安全性问题越来越受到产品使用者的重视，而金属构件的损伤无法用肉眼来识别，传统检测方法主要采用主动方式探伤，比如超声波探伤，此种方式灵敏度较低，被测响应信号噪声较大，导致测量误差较大，无法识别金属的细微损伤。
弱磁感应器广泛应用于以弱磁为检测对象的磁探测领域，在精密遥感定位、交通工具探测和铁磁型构件探伤技术皆有广泛应用。目前，弱磁测量技术已深入到工业、农业、国防、生物、医学和航空航天等各个领域。
弱磁感应器以非晶金属作为电感磁芯，应用非晶金属在外界磁场作用下极易饱和及在临界饱和状态下具有较大变化磁导率特性，线圈电感在被测磁场感应下其电感量会有较大变化，将此电感与***电路配合组成串联谐振电路，当有电感轴向的外界磁场变化时，电感量会急剧变化，直接导致电容端电压信号幅值的剧烈变化，即将外界磁场转化为电信号，从而有效探知外界磁场的变化。
实用新型内容
本实用新型根据金属构件在空间上表现出固定磁场的特性，设计出一种被动弱磁感应器，能有效感应出金属构件因瑕疵和损伤表现出的特性弱磁场。
本实用新型所采用的技术方案：
一种弱磁感应器，含有电源模块、驱动模块、谐振平衡电路和半波整流放大电路，电源模块为弱磁感应器提供工作所需的电压，所述驱动模块采用ALTERA公司的以CPLD为核心的任意一种可编程逻辑器件，通过软件编程对晶振进行分频得到方波信号，作为RLC串联谐振电路工作所需的驱动信号，谐振平衡电路由RLC串联谐振电路和磁驱动平衡电感组成，所述谐振平衡电路输出端连接半波整流放大电路，通过半波整流放大电路输出磁感应信号。
所述的弱磁感应器，电源模块由同步降压转换器QX3406、高频开关电容电压转换器TC1221和***无源元件组成，为弱磁感应器提供工作所需的电压+3.3V和-3.3V。
所述的弱磁感应器，半波整流放大电路包括一个跟随器和一个集成运算放大器，谐振平衡电路输出谐振信号通过跟随器接入集成运算放大器，通过集成运算放大器输出磁感应信号。
所述的弱磁感应器，谐振平衡电路中RLC串联谐振电路的电感L1和磁驱动平衡电感L2皆由以非晶金属作为磁芯的电感线圈组成，L1和L2装配时轴心平行，间距为3mm～5mm，为降低L1对L2的互感影响，L2线圈匝数要远远大于L1线圈匝数，L2非晶金属磁芯数量也要远远多于L1线圈磁芯，理论数据参数由公式 
确定，式中，L-线圈电感，μ-磁导率，n-单位长度匝数，τ-线圈体积。
本实用新型的有益积极效果：
1、本实用新型弱磁感应器，设计科学合理，灵敏度高，能有效感应出金属构件因瑕疵和损伤表现出的特性弱磁场。驱动模块采用ALTERA公司的以CPLD为核心器件，型号为EPM3032ALC44的集成电路，应用CPLD的目的就是可以灵活配置参数，改变驱动信号频率。一旦弱磁感应器定型后，也可由分立元件如计数器或D触发器得到驱动频率信号，这样可以弱磁感应器的功耗和体积，利于弱磁感应器的小型化。
2、本实用新型弱磁感应器，电源模块由同步降压转换器QX3406、高频开关电容电压转换器TC1221和***无源元件组成,该电源模块能够在外界较宽电压输入范围内（2.5V～5.5V）为弱磁感应器提供工作所需的电压+3.3V和-3.3V，它具有较高的电源能量转换效率，能有效降低外界供电***的功耗，使该感应器便于在任何设备仪器上实用，尤其利于在便携式仪器***中的应用。
3、本实用新型弱磁感应器，结构简单，设计合理，具有功耗低，集成度高，体积小、灵敏度高的特点。
附图说明
图1：本实用新型弱磁感应器原理框图；
图2：本实用新型弱磁感应器电源模块电路原理图；
图3：本实用新型弱磁感应器谐振电感结构原理图；
图4：本实用新型弱磁感应器驱动电路原理图；
图5：本实用新型弱磁感应器半波整流放大电路原理图。
具体实施方式
实施例一：参见图1、图4，本实用新型弱磁感应器，含有电源模块、驱动模块、谐振平衡电路和半波整流放大电路，电源模块为弱磁感应器提供工作所需的电压，所述驱动模块采用ALTERA公司的以CPLD为核心的任意一种可编程逻辑器件，通过软件编程对晶振进行分频得到方波信号，作为RLC串联谐振电路工作所需的驱动信号，谐振平衡电路由RLC串联谐振电路和磁驱动平衡电感组成，所述谐振平衡电路输出端连接半波整流放大电路，通过半波整流放大电路输出磁感应信号。
如图4所示，本实施例中驱动模块采用的可编程逻辑器件型号为EPM7032（或者采用EPM3032ALC44），通过软件编程对晶振进行分频进而得到方波信号，作为RLC串联谐振电路工作所需的驱动信号，该信号频率由串联电路中非晶磁芯线圈的电感和电容决定，即
，信号频率事先可通过将信号发生器输出信号作为驱动信号，经调试得到，当电路参数确定后，即可确定CPLD的分频参数，应用CPLD的目的就是可以灵活配置参数，改变驱动信号频率。一旦弱磁感应器定型后，也可由分立元件如计数器或D触发器得到驱动频率信号，这样可以弱磁感应器的功耗和体积，利于弱磁感应器的小型化。
实施例二：参见图2，本实施例的弱磁感应器，与实施例一不同的是：电源模块由同步降压转换器QX3406、高频开关电容电压转换器TC1221和***无源元件组成，为弱磁感应器提供工作所需的电压+3.3V和-3.3V。该电源模块能够在外界较宽电压输入范围内（2.5V～5.5V）为弱磁感应器提供工作所需的电压+3.3V和-3.3V，它具有较高的电源能量转换效率，能有效降低外界供电***的功耗，使该感应器便于在任何设备仪器上实用，尤其利于在便携式仪器***中的应用。
实施例三：本实施例的弱磁感应器，与实施例一或实施例二不同的是，采用的谐振平衡电路结构框图如图3所示。谐振平衡电路由RLC串联谐振电路和磁驱动平衡电感组成，而RLC串联谐振电路的电感L1和磁驱动平衡电感L2皆由以非晶金属作为磁芯的电感线圈组成。
图3中，标号1为非晶金属磁芯，2为线圈骨架，3为漆包线圈。L1和L2在装配时需要轴心平行，间距为3mm～5mm。L2在***直流电压的驱动下产生平衡磁场使L1达到临界饱和状态。
为降低L1对L2的互感影响，L2线圈匝数要远远大于L1线圈匝数，L2非晶磁芯数量也要远远多于L1线圈磁芯。理论数据参数由下面公式确定。
公式（1）中：L-线圈电感，μ-磁导率，n-单位长度匝数，τ-线圈体积。
为消除谐振电路的寄生电流干扰，需要采用定时切换L2驱动电流方向方式L2通电。
本实用新型弱磁感应器，谐振电路感应出的表征外界磁场的幅值电压信号为无直流分量的交流信号，为便于信号采集，需要将此交流信号转化为正幅值电压信号，因为我们只关心该信号的幅值，所以可以采用半波整流信号实现此功能。原理框图如图5所示。半波整流放大电路包括一个跟随器和一个集成运算放大器，谐振平衡电路输出谐振信号通过跟随器接入集成运算放大器，通过集成运算放大器输出磁感应信号。
为使弱磁感应器达到最佳工作状态，首先，需要尽量提高谐振电路的品质因数，但又不能一味的提高品质因数，以免损坏电路，因此本实用新型采用了ALTERA公司的以CPLD为核心的可编程逻辑器件，通过软件编程对晶振进行分频得到方波信号，作为RLC串联谐振电路工作所需的驱动信号；其次，为让电感线圈工作在临界饱和状态，本实用新型实现方法是使用一个与之平行同样结构的电感线圈作为外界驱动平衡磁场来使小线圈达到临界饱和状态，平衡磁场电感线圈匝数要远远大于谐振电路电感线圈匝数，非晶金属磁芯数量也要远远多于谐振电路电感线圈磁芯。
Claims (5)
1.一种弱磁感应器，含有电源模块、驱动模块、谐振平衡电路和半波整流放大电路，电源模块为弱磁感应器提供工作所需的电压，其特征是：所述驱动模块采用ALTERA公司的以CPLD为核心的任意一种可编程逻辑器件，通过软件编程对晶振进行分频得到方波信号，作为RLC串联谐振电路工作所需的驱动信号，谐振平衡电路由RLC串联谐振电路和磁驱动平衡电感组成，所述谐振平衡电路输出端连接半波整流放大电路，通过半波整流放大电路输出磁感应信号。
2.根据权利要求1所述的弱磁感应器，其特征是：电源模块由同步降压转换器QX3406、高频开关电容电压转换器TC1221和***无源元件组成，为弱磁感应器提供工作所需的+3.3V和-3.3V电压。
3.根据权利要求1或2所述的弱磁感应器，其特征是：半波整流放大电路包括一个跟随器和一个集成运算放大器，谐振平衡电路输出谐振信号通过跟随器接入集成运算放大器，通过集成运算放大器输出磁感应信号。
4.根据权利要求3所述的弱磁感应器，其特征是：谐振平衡电路中RLC串联谐振电路的电感L1和磁驱动平衡电感L2皆由以非晶金属作为磁芯的电感线圈组成，电感L1和L2装配时轴心平行，间距为3mm～5mm，为降低电感L1对磁驱动平衡电感L2的互感影响，磁驱动平衡电感L2线圈匝数远远大于电感L1线圈匝数，磁驱动平衡电感L2非晶金属磁芯数量也远远多于电感L1线圈磁芯，理论数据参数由公式 
确定，式中，L-线圈电感，μ-磁导率，n-单位长度匝数，τ-线圈体积。
5.根据权利要求1或2所述的弱磁感应器，其特征是：谐振平衡电路中RLC串联谐振电路的电感L1和磁驱动平衡电感L2皆由以非晶金属作为磁芯的电感线圈组成，电感L1和磁驱动平衡电感L2装配时轴心平行，间距为3mm～5mm，为降低电感L1对磁驱动平衡电感L2的互感影响，磁驱动平衡电感L2线圈匝数远远大于电感L1线圈匝数，磁驱动平衡电感L2非晶金属磁芯数量也远远多于电感L1线圈磁芯，理论数据参数由公式 
确定，式中，L-线圈电感，μ-磁导率，n-单位长度匝数，τ-线圈体积。
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| CN117335785A (zh) * | 2023-12-01 | 2024-01-02 | 无锡弘宜智能科技股份有限公司 | 一种新型弱磁检测装置 |
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