基于扭转应力非晶丝低频磁阻抗效应的无圈磁通门传感器研制

摘要

随着科学技术的发展,微弱磁场的测量在军事、航空、海洋、地质、考古以及医学等领域获得了越来越多的应用,这些学科领域的不断发展,对微弱磁场测量仪的要求越来越高。而磁传感器是微弱磁场测量仪的关键和基础,它的性能直接影响着整个仪器的精度和灵敏度。
　　 本文通过总结国内外磁通门传感器的有关研究状况和研究成果,设计了一种基于扭转应力非晶丝低频磁阻抗效应的无圈磁通门传感器,它的敏感体是软磁特性非常优异的钴基非晶态合金丝,并用PVC材料制作了传感器的探头装置。
　　 介绍了非晶态合金的基本特性及GMI效应,详细阐述了施加扭转应力非晶丝低频磁阻抗效应的理论。进而设计了传感器的硬件电路,把方波发生电路、四阶低通滤波电路以及功率放大电路产生的正弦信号作为激励源,对非晶丝直接激励。然后,设计了级联带通滤波电路、检波电路以及低通滤波电路对非晶丝两端的输出信号进行处理。由于激励信号直接通过非晶丝并且直接在非晶丝两端取输出信号,因此,利用非晶丝扭转应力设计的传感器就无需激励线圈和感应线圈,从而使得传感器的敏感体体积大大减小。
　　 在完成硬件设计的基础上,实验研究了扭转应力非晶丝的低频磁阻抗效应。用长直螺线管产生外加磁场,测试了非晶丝两端输出电压的二次谐波与非晶丝的扭转应力以及激励电流有效值之间的关系,找到了传感器具有最佳性能时的相关参数。
　　 最后,完成了传感器的整体调试和电路板的制作。通过对传感器的静态标定,给出了它的静态特性。
　　 实验结果表明:本传感器能够检测±50A/m范围内的静态弱磁场,且具有较好的线性度,灵敏度和重复性,达到了预定的技术指标。