CN206601483U - 一种磁通门传感器用驱动及调理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种磁通门传感器用驱动及调理装置，包括印制板、焊盘、驱动电路、信号调理电路以及电源，所述驱动电路以及信号调理电路均焊接于所述印制板上，所述驱动电路包括微处理器单元U3，所述微处理器单元U3包括具有PWM波输出功能的单片机，且设有数据输入端、第一数据输出端以及第二数据输出端，所述信号调理电路至少包括1个数据通道，所述数据通道包括带通滤波单元、隔直单元、相敏检波单元、积分单元以及反馈单元，所述相敏检波单元设有控制输入端，该控制输入端与第二数据输出端连接，所述带通滤波单元以及积分单元均包括运算放大器U1，本实用新型可实现磁通门传感器激励信号的产生及其输出信号的调理。

Description

一种磁通门传感器用驱动及调理装置

技术领域

本实用新型涉及磁通门传感器技术领域，具体涉及一种磁通门传感器用驱动及调理装置。

背景技术

磁通门传感器是一种用来测量微弱磁场的传感器，具有体积小、质量轻、结构简单和可靠性高等特点，广泛用于惯性导航、钻井定向和电子罗盘等领域。磁通门现象是一种普遍存在的电磁感应现象，磁通门传感器是一种稍加改动的变压器式器件，当磁通门工作在周期过饱和磁场的状态时，其输出信号的偶次谐波的幅度与通过其内部的磁通量大小成正比。在使用磁通门测量微弱磁场时，为了使磁通门工作在过饱和状态，同时为了抵消变压器效应，需要驱动电路产生两个幅度相同，相位相反的方波信号作为激励信号作用于磁通门传感器，同时，为了保证激励方波信号的对称性，需要将驱动电路产生的方波信号经过一个隔离变压器，将驱动电路产生的方波信号变成需要的差分方波信号。另一方面，磁通门传感器在方波信号的激励下，输出信号中有较大的噪声，需要经过带通滤波和相敏检波后，信号中的偶次谐波才能被检测出来。

目前，不同厂家和类型的磁通门传感器对激励信号频率的要求是不一样的，而现有驱动电路产生的激励信号的频率是由石英晶体的型号决定，针对不同的磁通门传感器，需要更换不同的晶体，电路的适应性通用性较差。驱动电路产生的激励信号必须通过隔离变压器来驱动磁通门传感器，对于某些小型仪器来说，隔离变压器会挤占一部分仪器空间，对于小型号设计不利，同时也会提高成本。在电耗方面，当使用±5V供电时，驱动电路功耗电流35mA，在高温下还会进一步增大，高温下功耗的增大，电路器件与高温环境温度的温差也会进一步增大，对于电路器件的寿命会有较大的影响，同时对于电池供电的仪器设备，功耗过大会大大减少仪器的工作时间。

实用新型内容

针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种磁通门传感器用驱动及调理装置，实现磁通门传感器激励信号的产生及检测信号的调理。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种磁通门传感器用驱动及调理装置，包括印制板、焊盘、驱动电路、信号调理电路以及电源，所述驱动电路以及信号调理电路均焊接于所述印制板上，所述驱动电路包括微处理器单元U3，所述微处理器单元U3包括具有PWM波输出功能的单片机，且设有数据输入端、第一数据输出端以及第二数据输出端，所述信号调理电路至少包括1个数据通道，所述数据通道包括串联连接的带通滤波单元、隔直单元、相敏检波单元、积分单元以及连接于带通滤波单元的信号输入端与积分电路的信号输出端之间的反馈单元，所述相敏检波单元设有控制输入端，该控制输入端与第二数据输出端连接，所述带通滤波单元以及积分单元均包括双运算放大器U1。

进一步，所述带通滤波单元包括双运算放大器U1第一通道、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1以及电容C2，所述电阻R1一端与双运算放大器U1第一通道的负输入端连接，其另一端为带通滤波单元的信号输入端，所述双运算放大器U1第一通道的信号输出端为带通滤波单元的信号输出端，双运算放大器U1第一通道的信号输出端通过隔直单元与所述相敏检波单元的信号输入端连接，所述电阻 R2以及电阻R3串联后连接于双运算放大器U1第一通道的负信号输入端与信号输出端之间，所述电容C2连接于双运算放大器U1第一通道的负信号输入端与信号输出端之间，所述电阻R2与电阻R3的连接端通过电容C1接地，所述双运算放大器U1第一通道的正信号输入端通过电阻R7与电源连接。

进一步，所述隔直单元包括串联的电阻R4与电容C3。

进一步，所述相敏检波单元包括模拟开关U2，所述模拟开关U2 的信号输入端为相敏检波单元的信号输入端，所述模拟开关U2的第一信号输出端为相敏检波单元的信号输出端，所述模拟开关U2的第一信号输出端与积分电路的信号输入端连接，所述模拟开关U2的第二信号输出端接模拟地，所述模拟开关U2的控制输入端与所述微处理器单元U3的第二数据输出端连接，所述模拟开关U2的参考端以及正电源端接电源，所述模拟开关U2的正电源端还通过电容C6接模拟地，所述模拟开关U2的负电源端与接地端连接后接模拟地。

进一步，所述积分单元包括双运算放大器U1第二通道、电阻R5 以及电容C4，所述电阻R5一端与双运算放大器U1第二通道的负输入端连接，其另一端为积分单元的信号输入端，所述双运算放大器 U1第二通道的信号输出端为积分单元的信号输出端，所述电容C4连接于双运算放大器U1第二通道的负信号输入端与信号输出端之间。

进一步，所述双运算放大器U1的正电源端接电源，且通过电容 C5接模拟地，所述双运算放大器U1的负电源端接模拟地。

进一步，所述反馈单元包括电阻R8。

本实用新型的有益效果是：

1、驱动电路产生的激励信号的频率可由编程设定，对于不同厂家和型号的磁通门传感器可以灵活定制。

2、驱动电路产生的激励信号不通过隔离变压器直接驱动磁通门，去掉了变压器，节省了空间和成本。

附图说明

图1为驱动电路的电路图；

图2为信号调理电路中数据通道的电路图；

图3为模拟地与数字低连接的电路图；

图4为电源连接的电路图。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例一：

如图1～4所示，一种磁通门传感器用驱动电路及调理装置，包括印制板、焊盘、驱动电路、信号调理电路以及电源，所述印制板的尺寸为54*20.4*1.6mm，所述印制板四个角均设有一个直径2.2mm的安装孔，便于本装置的安装，所述电源为+5V电源，所述电源、磁通门传感器激励信号输入端以及磁通门传感器检测信号输出端均与焊盘连接，即三者通过焊盘与印制板中器件连接，所述电源为+5V电源，且通过串联的电阻R7与电阻R6接模拟地，所述电阻R7的阻值为28K Ω，所述电阻R6的阻值为3KΩ。

所述驱动电路以及信号调理电路均焊接于所述印制板上，所述驱动电路包括微处理器单元U3，所述信号调理电路至少包括1个数据通道，所述数据通道包括串联连接的带通滤波单元、隔直单元、相敏检波单元、积分单元以及连接于带通滤波单元的信号输入端与积分电路的信号输出端之间的反馈单元，所述相敏检波单元设有控制输入端，所述带通滤波单元以及积分单元均包括双运算放大器U1。

所述驱动电路包括微处理器单元U3，所述微处理器单元U3包括具有PWM波输出功能的单片机c8051，所述c8051的单片机P1.0 管脚与P0.7管脚并联连接，作为磁通门传感器正激励信号输出端，磁通门传感器正激励信号输入端通过所述焊盘与磁通门传感器正激励信号输出端，所述c8051单片机的P0.6管脚与P0.5管脚并联连接，作为磁通门传感器负激励信号输出端，磁通门传感器负激励信号输入端通过所述焊盘与磁通门传感器正激励信号输出端，所述c8051单片机的P1.1管脚与所述相敏检波单元的控制输入端连接，所述c8051 单片机的C2D管脚通过电阻R9与电源连接，所述电阻R9的阻值为 10KΩ，所述c8051单片机的C2CK管脚通过电阻R10与电源连接，所述电阻R10的阻值为10KΩ。

所述c8051单片机的VREGIN管脚以及VIO管脚并联后与电源连接，所述c8051单片机的GND管脚接数字地，所述c8051单片机的VREGIN管脚还通过第一滤波单元接地，所述第一滤波单元包括并联的电容C9与电容C10，所述电容C9的电容为0.1μF，所述电容 C10的电容为1μF，所述c8051单片机的VDD管脚与GND管脚间串联有第二滤波单元，所述第二滤波单元包括并联的电容C7与电容 C8，所述电容C7的电容为0.1μF，所述电容C8的电容为1μF。

所述带通滤波单元包括双运算放大器U1第一通道、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1以及电容C2，所述电阻R1的阻值为4.7K Ω，所述电阻R2的阻值为50KΩ，所述电阻R3的阻值为50KΩ，所述电容C1的电容为3900pF，所述电容C2的电容为1000pF，所述电阻R1一端与双运算放大器U1第一通道的负输入端连接，其另一端为带通滤波单元的信号输入端，所述双运算放大器U1第一通道的信号输出端为带通滤波单元的信号输出端，双运算放大器U1第一通道的信号输出端通过隔直单元与所述相敏检波单元的信号输入端连接，所述隔直单元包括串联的电阻R4与电容C3，所述电阻R4的阻值为 10KΩ，所述电容C3的电容为0.1μF，所述电阻R2以及电阻R3串联后连接于双运算放大器U1第一通道的负信号输入端与信号输出端之间，所述电容C2连接于双运算放大器U1第一通道的负信号输入端与信号输出端之间，所述电阻R2与电阻R3的连接端通过电容C1接地，所述双运算放大器U1第一通道的正信号输入端通过电阻R7与电源连接。

所述相敏检波单元包括模拟开关U2，所述模拟开关U2的信号输入端为相敏检波单元的信号输入端，所述模拟开关U2的第一信号输出端为相敏检波单元的信号输出端，所述模拟开关U2的第一信号输出端与积分电路的信号输入端连接，所述模拟开关U2的第二信号输出端接模拟地，所述模拟开关U2的控制输入端与所述c8051单片机的P1.1管脚连接，所述模拟开关U2的参考端以及正电源端接电源，所述模拟开关U2的正电源端还通过电容C6接模拟地，所述电容C6 的电容为0.1μF，所述模拟开关U2的负电源端与接地端连接后接模拟地。

所述积分单元包括双运算放大器U1第二通道、电阻R5以及电容C4，所述电阻R5的阻值为10KΩ，所述电容C4的电容为10μF，所述电阻R5一端与双运算放大器U1第二通道的负输入端连接，其另一端为积分单元的信号输入端，所述双运算放大器U1第二通道的信号输出端为积分单元的信号输出端，所述电容C4连接于双运算放大器U1第二通道的负信号输入端与信号输出端之间。

所述双运算放大器U1的正电源端接电源，且通过电容C5接模拟地，所述电容C5的电容为0.1μF，所述双运算放大器U1的负电源端接模拟地。所述反馈单元包括电阻R8，所述电阻R8的阻值为2K Ω。所述模拟地与数字低通过电感L1连接，所述电感L1的电感值为 10μH。

所述c8051的单片机P1.0管脚与P0.7管脚并联连接，作为磁通门传感器正激励信号输出端，磁通门传感器正激励信号输入端通过所述焊盘与磁通门传感器正激励信号输出端，所述c8051单片机的P0.6 管脚与P0.5管脚并联连接，作为磁通门传感器负激励信号输出端

本实施力的一种磁通门传感器用驱动及调理装置使用时，首先使用编程线连接编程器与所述c8051单片机的C2D管脚以及C2CK管脚，将程序下载到c8051单片机内，控制磁通门传感器正激励信号输出端输出频率为f的方波信号，控制磁通门传感器负激励信号输出端输出频率为f，且与磁通门传感器正激励信号输出端输出的方波信号相位相反的方波信号，上述两方波信号即为磁通门传感器的激励信号，并且控制P1.1管脚输出频率为2f的方波信号，作为相敏检波单元的开关控制信号，本实施例优选f为5KHz。

本实施例的一种磁通门传感器用驱动及调理装置中驱动电路产生的激励信号的频率可由编程设定，对于不同厂家和型号的磁通门传感器可以灵活定制，且驱动电路产生的激励信号不通过隔离变压器直接驱动磁通门，去掉了变压器，节省了空间和成本。

另外，本实施例的一种磁通门传感器用驱动及调理装置采用单 +5V电源供电，可以直接用电池供电，节约了电压转换模块,且电路功耗电流减小至20mA，高温下也没有明显增长，相比现有方案其功耗显著降低。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种磁通门传感器用驱动及调理装置，包括印制板、焊盘以及电源，其特征在于，还包括驱动电路以及信号调理电路，所述驱动电路以及信号调理电路均焊接于所述印制板上，所述驱动电路包括微处理器单元U3，所述微处理器单元U3包括具有PWM波输出功能的单片机，且设有数据输入端、第一数据输出端以及第二数据输出端，所述信号调理电路至少包括1个数据通道，所述数据通道包括串联连接的带通滤波单元、隔直单元、相敏检波单元、积分单元以及连接于带通滤波单元的信号输入端与积分电路的信号输出端之间的反馈单元，所述相敏检波单元设有控制输入端，该控制输入端与第二数据输出端连接，所述带通滤波单元以及积分单元均包括双运算放大器U1。

2.根据权利要求1所述的一种磁通门传感器用驱动及调理装置，其特征在于，所述带通滤波单元包括双运算放大器U1第一通道、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1以及电容C2，所述电阻R1一端与双运算放大器U1第一通道的负输入端连接，其另一端为带通滤波单元的信号输入端，所述双运算放大器U1第一通道的信号输出端为带通滤波单元的信号输出端，双运算放大器U1第一通道的信号输出端通过隔直单元与所述相敏检波单元的信号输入端连接，所述电阻R2以及电阻R3串联后连接于双运算放大器U1第一通道的负信号输入端与信号输出端之间，所述电容C2连接于双运算放大器U1第一通道的负信号输入端与信号输出端之间，所述电阻R2与电阻R3的连接端通过电容C1接地，所述双运算放大器U1第一通道的正信号输入端通过电阻R7与电源连接。

3.根据权利要求2所述的一种磁通门传感器用驱动及调理装置，其特征在于，所述隔直单元包括串联的电阻R4与电容C3。

4.根据权利要求2所述的一种磁通门传感器用驱动及调理装置，其特征在于，所述相敏检波单元包括模拟开关U2，所述模拟开关U2的信号输入端为相敏检波单元的信号输入端，所述模拟开关U2的第一信号输出端为相敏检波单元的信号输出端，所述模拟开关U2的第一信号输出端与积分电路的信号输入端连接，所述模拟开关U2的第二信号输出端接模拟地，所述模拟开关U2的控制输入端与所述微处理器单元U3的第二数据输出端连接，所述模拟开关U2的参考端以及正电源端接电源，所述模拟开关U2的正电源端还通过电容C6接模拟地，所述模拟开关U2的负电源端与接地端连接后接模拟地。

5.根据权利要求4所述的一种磁通门传感器用驱动及调理装置，其特征在于，所述积分单元包括双运算放大器U1第二通道、电阻R5以及电容C4，所述电阻R5一端与双运算放大器U1第二通道的负输入端连接，其另一端为积分单元的信号输入端，所述双运算放大器U1第二通道的信号输出端为积分单元的信号输出端，所述电容C4连接于双运算放大器U1第二通道的负信号输入端与信号输出端之间。

6.根据权利要求1所述的一种磁通门传感器用驱动及调理装置，其特征在于，所述双运算放大器U1的正电源端接电源，且通过电容C5接模拟地，所述双运算放大器U1的负电源端接模拟地。

7.根据权利要求1所述的一种磁通门传感器用驱动及调理装置，其特征在于，所述反馈单元包括电阻R8。