具有測(cè)量頻率掃描功能的交流磁場(chǎng)傳感器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種具有測(cè)量頻率掃描功能的交流磁場(chǎng)傳感器，包括頻率可調(diào)多通道信號(hào)發(fā)生器（1）、第一變頻器（4）、晶體濾波器（5）、第二變頻器（6）、低通濾波器（7）、低噪聲放大器（8）、探頭，所述頻率可調(diào)多通道信號(hào)發(fā)生器（1）分別與所述探頭、第一變頻器（4）、以及第二變頻器（6）相連，所述探頭、所述第一變頻器（4）、所述晶體濾波器（5）、所述第二變頻器（6）、所述低通濾波器（7）、所述低噪聲放大器（8）依次相連。本發(fā)明的有益效果是可以掃描測(cè)量交流頻率磁場(chǎng)并且能夠有效地濾除噪聲和干擾。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有測(cè)量頻率掃描功能的交流磁場(chǎng)傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及弱磁場(chǎng)測(cè)量、交流磁場(chǎng)測(cè)量裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及具有測(cè)量頻率掃描功能的交流磁場(chǎng)傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]交流磁場(chǎng)傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)、測(cè)量和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，目前的應(yīng)用中存在很多磁場(chǎng)測(cè)量手段和測(cè)量技術(shù)，常用的有霍爾效應(yīng)、巨磁電阻效應(yīng)、巨磁阻抗效應(yīng)和超導(dǎo)量子干涉效應(yīng)等多種類(lèi)型的技術(shù)，產(chǎn)生了探測(cè)線圈傳感器、巨磁電阻傳感器、巨磁阻抗傳感器、霍爾傳感器、磁通門(mén)傳感器和超導(dǎo)量子干涉儀等相關(guān)產(chǎn)品。
[0003]采用巨磁阻抗效應(yīng)的傳感器與磁通門(mén)傳感器、巨磁電阻傳感器等其它傳感技術(shù)相t匕，在機(jī)械、力學(xué)、化學(xué)和電磁性能上都有明顯優(yōu)勢(shì)，具有較高的靈敏度，尤其是具有微型尺寸和快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，在此技術(shù)基礎(chǔ)上已經(jīng)研制成大量的新型基于磁場(chǎng)測(cè)量的傳感器。
[0004]采用巨磁阻抗效應(yīng)制作的磁場(chǎng)傳感器，其主要工作原理是當(dāng)非晶絲(帶)上施加高頻激勵(lì)電流信號(hào)時(shí)，通過(guò)非晶絲(帶)軸向的被測(cè)磁場(chǎng)信號(hào)使非晶絲(帶)兩端的阻抗隨被測(cè)磁場(chǎng)信號(hào)的變化而變化，使用相應(yīng)電路形式把這種阻抗變化轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌盘?hào)形式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)磁場(chǎng)的測(cè)量。
[0005]目前采用非晶絲(帶)的復(fù)阻抗隨被測(cè)磁場(chǎng)信號(hào)改變的原理制作傳感器的方法主要有二種:(1)將非晶絲(帶)的阻抗變化轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率的變化，即將非晶絲(帶)作為可變電抗部件，應(yīng)用于振蕩電路，其阻抗變化轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率的變化，通過(guò)對(duì)頻率信號(hào)處理，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)信號(hào)的檢測(cè)，電路中一般包括振蕩電路、整流電路(檢波電路)和放大電路。(2)直接測(cè)量非晶絲(帶)兩端的復(fù)阻抗，比如，使用電橋，將非晶絲(帶)應(yīng)用到電橋電路的一個(gè)橋臂上，電橋的輸出是一個(gè)與激勵(lì)信號(hào)同頻率、具有固定相差的信號(hào)，其幅頻特性反應(yīng)了阻抗的變化，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)信號(hào)的測(cè)量，以及使用矢量阻抗測(cè)試方法，通過(guò)對(duì)非晶絲(帶)兩端電壓、電流幅度和相位的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)復(fù)阻抗測(cè)量。
[0006]交流磁場(chǎng)測(cè)量環(huán)境中存在著各種類(lèi)型的噪聲和干擾，而且被測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)非常微弱，目前采用的方法都不能有效地濾除噪聲和干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種具有測(cè)量頻率掃描功能的交流磁場(chǎng)傳感器。
[0008]本發(fā)明提供了一種具有測(cè)量頻率掃描功能的交流磁場(chǎng)傳感器，包括頻率可調(diào)多通道信號(hào)發(fā)生器、第一變頻器、晶體濾波器、第二變頻器、低通濾波器、低噪聲放大器、探頭，所述頻率可調(diào)多通道信號(hào)發(fā)生器分別與所述探頭、第一變頻器、以及第二變頻器相連，所述探頭、所述第一變頻器、所述晶體濾波器、所述第二變頻器、所述低通濾波器、所述低噪聲放大器依次相連。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述探頭包括非晶材料部件、前置放大器、直流偏置線圈，所述非晶材料部件與所述前置放大器輸入端相連，所述頻率可調(diào)多通道信號(hào)發(fā)生器與所述非晶材料部件相連，所述直流偏置線圈纏繞于所述非晶材料部件外表面，所述前置放大器輸出端與所述第一變頻器相連；
[0010]所述頻率可調(diào)多通道信號(hào)發(fā)生器:用于分別提供所述非晶材料部件高頻激勵(lì)頻率信號(hào)、第一變頻器的調(diào)制頻率信號(hào)，第二變頻器的解調(diào)頻率信號(hào)；
[0011]所述直流偏置線圈:用于產(chǎn)生偏置磁場(chǎng)；
[0012]所述非晶材料部件:用于在高頻激勵(lì)頻率信號(hào)和直流偏置磁場(chǎng)的作用下，所述非晶材料部件兩端的復(fù)阻抗隨著通過(guò)其軸向分量的被檢測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)的變化而變化，在電路中所述非晶材料部件兩端產(chǎn)生反映被檢測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)幅度變化的交流電壓信號(hào)；
[0013]所述前置放大器:用于對(duì)非晶材料部件輸出的交流電壓信號(hào)進(jìn)行初步放大；
[0014]所述第一變頻器:用于將所述頻率可調(diào)多通道信號(hào)發(fā)生器輸出的調(diào)制頻率信號(hào)與非晶材料部件輸出的交流電壓信號(hào)混頻或變頻，所述第一變頻器輸出的信號(hào)中含有等于所述晶體濾波器的中心頻率的信號(hào)；
[0015]所述晶體濾波器，其中心頻率為所述非晶材料部件激勵(lì)頻率、被測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)頻率、調(diào)制信號(hào)頻率組合頻率的一個(gè)，經(jīng)過(guò)該晶體濾波器后，其余頻率的輸出信號(hào)被濾除；
[0016]所述第二變頻器，用于將所述晶體濾波器輸出頻率信號(hào)和解調(diào)頻率信號(hào)進(jìn)行混頻或變頻，經(jīng)混頻或變頻后所述第二變頻器輸出信號(hào)中含有被測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)和其它組合頻率信號(hào)；
[0017]所述低通濾波器，所述第二變頻器輸出的信號(hào)中其它組合頻率信號(hào)遠(yuǎn)高于被測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)頻率，使用所述低通濾波器將組合頻率濾掉；
[0018]低噪聲放大器，對(duì)所述低通濾波器輸出信號(hào)進(jìn)行放大。
[0019]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述非晶材料部件為Co基或Fe基具有巨磁阻抗效應(yīng)的非晶態(tài)合金材料。
[0020]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述非晶材料部件為非晶絲或非晶帶。
[0021]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述晶體濾波器為窄帶晶體濾波器。
[0022]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述窄帶晶體濾波器為固定頻率的窄帶晶體濾波器。
[0023]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一變頻器為具有變頻功能的非線性器件。
[0024]所述非線性器件包括模擬乘法器、混頻器。
[0025]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的具有測(cè)量頻率掃描功能的交流磁場(chǎng)傳感器能夠有效地濾除噪聲和干擾。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明的原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]如圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)了一種具有測(cè)量頻率掃描功能的交流磁場(chǎng)傳感器，包括頻率可調(diào)多通道信號(hào)發(fā)生器1、第一變頻器4、晶體濾波器5、第二變頻器6、低通濾波器7、低噪聲放大器8、探頭，所述頻率可調(diào)多通道信號(hào)發(fā)生器I分別與所述探頭、第一變頻器4、以及第二變頻器6相連，所述探頭、所述第一變頻器4、所述晶體濾波器5、所述第二變頻器6、所述低通濾波器7、所述低噪聲放大器8依次相連。
[0028]所述探頭包括非晶材料部件2、前置放大器3、直流偏置線圈9，所述非晶材料部件2與所述前置放大器3輸入端相連，所述頻率可調(diào)多通道信號(hào)發(fā)生器I與所述非晶材料部件2相連，所述直流偏置線圈9纏繞于所述非晶材料部件2外表面，所述前置放大器3輸出端與所述第一變頻器4相連；
[0029]所述頻率可調(diào)多通道信號(hào)發(fā)生器1:用于分別提供所述非晶材料部件2高頻激勵(lì)頻率信號(hào)、第一變頻器4的調(diào)制頻率信號(hào)，第二變頻器6的解調(diào)頻率信號(hào)；
[0030]所述直流偏置線圈9:用于產(chǎn)生偏置磁場(chǎng)；
[0031]所述非晶材料部件2:用于在高頻激勵(lì)頻率信號(hào)和直流偏置磁場(chǎng)的作用下，所述非晶材料部件2兩端的復(fù)阻抗隨著通過(guò)其軸向分量的被檢測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)的變化而變化，在電路中所述非晶材料部件2兩端產(chǎn)生反映被檢測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)幅度變化的交流電壓信號(hào);
[0032]所述前置放大器3:用于對(duì)非晶材料部件2輸出的交流電壓信號(hào)進(jìn)行初步放大；
[0033]所述第一變頻器4:用于將所述頻率可調(diào)多通道信號(hào)發(fā)生器I輸出的調(diào)制頻率信號(hào)與非晶材料部件2輸出的交流電壓信號(hào)混頻或變頻，所述第一變頻器4輸出的信號(hào)中含有等于所述晶體濾波器5的中心頻率的信號(hào)；
[0034]所述晶體濾波器5，其中心頻率為所述非晶材料部件2激勵(lì)頻率、被測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)頻率、調(diào)制信號(hào)頻率組合頻率的一個(gè)，經(jīng)過(guò)該晶體濾波器5后，其余頻率的輸出信號(hào)被濾除；
[0035]所述第二變頻器6，用于將所述晶體濾波器5輸出頻率信號(hào)和解調(diào)頻率信號(hào)進(jìn)行混頻或變頻，經(jīng)混頻或變頻后所述第二變頻器6輸出信號(hào)中含有被測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)和其它組合頻率信號(hào)；
[0036]所述低通濾波器7，所述第二變頻器6輸出的信號(hào)中其它組合頻率信號(hào)遠(yuǎn)高于被測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)頻率，使用所述低通濾波器7將組合頻率濾掉；
[0037]低噪聲放大器8，對(duì)所述低通濾波器7輸出信號(hào)進(jìn)行放大。
[0038]所述非晶材料部件2為Co基或Fe基具有巨磁阻抗效應(yīng)的非晶態(tài)合金材料。
[0039]所述非晶材料部件2為非晶絲或非晶帶。
[0040]所述晶體濾波器5為窄帶晶體濾波器，所述窄帶晶體濾波器為固定頻率的窄帶晶體濾波器。
[0041]所述第一變頻器4為具有變頻功能的非線性器件，所述非線性器件包括模擬乘法器、混頻器。
[0042]經(jīng)第一變頻器4混頻或變頻后，非晶材料部件2兩端輸出信號(hào)中的一個(gè)組合頻率被調(diào)制到窄帶晶體濾波器的中心頻率上。
[0043]當(dāng)被檢測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)頻率改變時(shí)，可以通過(guò)相應(yīng)改變第一變頻器4的調(diào)制頻率，使調(diào)制后的信號(hào)頻率始終保持在窄帶晶體濾波器的中心頻率上，因此可使用固定頻率的窄帶晶體濾波器做為濾波器部件。
[0044]在測(cè)量頻率的掃描過(guò)程中，系統(tǒng)使用通用的、低成本的及高性能的固定頻率的窄帶晶體濾波器對(duì)第一變頻器4輸出的信號(hào)濾波，具有良好的頻率選擇性能和簡(jiǎn)單的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。[0045]第二變頻器6將窄帶晶體濾波器輸出的信號(hào)和頻率可調(diào)多通道信號(hào)發(fā)生器I提供的解調(diào)信號(hào)進(jìn)行混頻(變頻)，得到被檢測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)和其它較高頻率的組合頻率信號(hào)。
[0046]當(dāng)被檢測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)頻率改變時(shí)，可以通過(guò)相應(yīng)改變第二變頻器6的解調(diào)頻率，使解調(diào)后的信號(hào)頻率包含被檢測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)和其它較高頻率的組合頻率信號(hào)。
[0047]第二變頻器6輸出的較高頻率的組合信號(hào)頻率大于被測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)頻率的十倍以上。當(dāng)被檢測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)頻率改變時(shí)，窄帶晶體濾波器、低通濾波器7等需要設(shè)定參數(shù)的部件在選定的掃描頻率范圍內(nèi)參數(shù)保持不變。
[0048]非晶材料部件2具有GMI效應(yīng)，對(duì)非晶材料部件2施加高頻激勵(lì)電流以及直流偏置磁場(chǎng)，當(dāng)被測(cè)信號(hào)交流磁場(chǎng)信號(hào)軸向分量通過(guò)非晶材料部件2時(shí)會(huì)使其復(fù)阻抗發(fā)生變化，使電路中非晶材料部件2兩端輸出的交流電壓幅度也隨之變化，通過(guò)變頻器、濾波器等頻率選擇部件，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)可變頻率的被測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)的測(cè)量。非晶材料部件2高頻激勵(lì)信號(hào)由頻率可調(diào)多通道信號(hào)發(fā)生器I提供，線路中串接限流電阻，保證提供合適的驅(qū)動(dòng)電流。
[0049]為保證后續(xù)信號(hào)處理電路不影響非晶材料部件2的工作狀態(tài)，以及對(duì)非晶材料部件2兩端輸出電壓信號(hào)進(jìn)行初步放大，非晶材料部件2兩端的輸出電壓首先送入到前置放大器3。前置放大器3具有很高的輸入阻抗和很低的輸出阻抗，同時(shí)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行初步放大。前置放大器3的差分輸入是非晶材料部件2兩端電壓信號(hào)，前置放大器3輸出端連接到第一變頻器4輸入端。
[0050]前置放大器3輸出電壓信號(hào)中包含被測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)頻率和非晶材料部件2高頻激勵(lì)信號(hào)頻率的組合頻率信號(hào)，為了能夠使用固定頻率的窄帶晶體濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行變頻(混頻)，本發(fā)明將其稱(chēng)之為調(diào)制，調(diào)制后的信號(hào)頻率等于窄帶晶體濾波器的中心頻率。
[0051]第一變頻器4的一個(gè)輸入信號(hào)是前置放大器3的輸出信號(hào)，另一個(gè)輸入信號(hào)是由頻率可調(diào)多通道信號(hào)發(fā)生器I提供的調(diào)制信號(hào)。調(diào)制后的信號(hào)中包含被檢測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)頻率、非晶材料部件2高頻交流激勵(lì)信號(hào)頻率以及調(diào)制信號(hào)頻率的多個(gè)組合頻率信號(hào)。調(diào)制信號(hào)的頻率可以根據(jù)被測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)的頻率調(diào)整，使得調(diào)制后的信號(hào)中包含被檢測(cè)交流信號(hào)頻率的一個(gè)組合頻率始終等于具有固定頻率的窄帶晶體濾波器的中心頻率。
[0052]窄帶晶體濾波器具有良好的頻率選擇特性，具有極小的相對(duì)帶寬，可作為窄帶帶通濾波器使用。對(duì)于渦流金屬探傷、醫(yī)學(xué)腫瘤檢測(cè)等應(yīng)用場(chǎng)合，被測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)頻率在幾KHz到幾百KHz之間，而通用頻帶的、體積較小、低成較低的單片晶體濾波器的頻率范圍在IMHz到幾十MHz之間，為了使用通用的窄帶晶體濾波器，需要對(duì)非晶材料部件2輸出的含有被檢測(cè)交流磁場(chǎng)成份的信號(hào)進(jìn)行變頻(混頻)。窄帶晶體濾波器的輸入端連接到第一變頻器4輸出端，窄帶晶體濾波器輸出端連接到第二變頻器6輸入端。
[0053]窄帶晶體濾波器的輸出信號(hào)包含多個(gè)組合頻率，第二變頻器6對(duì)窄帶晶體濾波器的輸出信號(hào)進(jìn)行變頻(混頻)，本發(fā)明將其稱(chēng)之為解調(diào)，通過(guò)調(diào)整解調(diào)信號(hào)頻率，使解調(diào)后的信號(hào)中含有被檢測(cè)交流信號(hào)頻率和其它較高組合信號(hào)頻率。由于被測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)頻率的與其它組合頻率信號(hào)頻差較大，可利用低通濾波器7將不需要的頻率信號(hào)濾除。第二變頻器6的一個(gè)輸入信號(hào)是晶體濾波器5的輸出信號(hào)，另一個(gè)輸入信號(hào)是由頻率可調(diào)多通道信號(hào)發(fā)生器I提供的調(diào)制信號(hào)。[0054]第二變頻器6輸出信號(hào)的頻率中包含頻率較低的被測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)頻率和頻率較高的非晶絲交流激勵(lì)頻率、調(diào)制信號(hào)頻率和解調(diào)信號(hào)頻率的組合頻率，可使用低通濾波器7將較高頻率的部分濾除。低通濾波器7的輸入端連接到第二變頻器6的輸出端，低通濾波器7的輸出端連接至低噪聲放大器8輸入端。
[0055]低通濾波器7的輸出信號(hào)只包含被檢測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)，可對(duì)其放大達(dá)到檢測(cè)轉(zhuǎn)置要求的電壓。
[0056]本發(fā)明的工作原理是:非晶材料部件2及偏置電路構(gòu)成的探頭置于被檢測(cè)交流磁場(chǎng)空間中，頻率可調(diào)多通道信號(hào)發(fā)生器I提供非晶材料部件2高頻交流激勵(lì)信號(hào)，向非晶材料部件2提供驅(qū)動(dòng)。施加適當(dāng)?shù)闹绷髌么艌?chǎng)，使非晶材料部件2處于較高靈敏度工作狀態(tài)。當(dāng)被測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)的軸向分量作用于非晶材料部件2時(shí)，非晶材料部件2的阻抗發(fā)生變化，進(jìn)而使非晶材料部件2兩端的交流電壓幅度隨外部交流磁場(chǎng)信號(hào)的變化而變化，達(dá)到檢測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)的目的。
[0057]進(jìn)入非晶材料部件2軸向的磁場(chǎng)不僅包含被檢測(cè)信號(hào)磁場(chǎng)還存干擾磁場(chǎng)和噪聲，通常被檢測(cè)磁場(chǎng)信號(hào)非常微弱，淹沒(méi)在干擾和噪聲之中，因此需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波以及放大。在系統(tǒng)中，被檢測(cè)磁場(chǎng)信號(hào)頻率由系統(tǒng)設(shè)定，頻率為已知參數(shù)，因此可使用帶寬極窄的晶體濾波器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行濾波器，由于低工作頻率的晶體濾波器實(shí)現(xiàn)比較困難，且體積較大，因此系統(tǒng)使用較高中心頻率的晶體濾波器，同時(shí)出于成本考慮可以使用用于其它用途的、大量生產(chǎn)的窄帶晶體濾波器，比如，用于調(diào)頻接收機(jī)頻段的晶體濾波器。
[0058]為了使被測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)的頻 率發(fā)生改變時(shí)非晶材料部件2仍然可以使用固定頻率的窄帶晶體濾波器進(jìn)行濾波，需要使用第一變頻器4對(duì)非晶材料部件2輸出信號(hào)進(jìn)行變頻，即對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，通過(guò)改變第一變頻器4的調(diào)制頻率，使調(diào)制后的信號(hào)頻率始終保持在窄帶晶體濾波器的中心頻率上。
[0059]經(jīng)過(guò)窄帶晶體濾波器濾波后，被檢測(cè)信號(hào)的信噪比有了很大的提高。晶體濾波器輸出信號(hào)中包含了被測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)頻率、非晶材料部件2激勵(lì)信號(hào)頻率、調(diào)制信號(hào)頻率的組合頻率，可選擇其中一個(gè)組合頻率，通過(guò)變頻(混頻)提取被測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)頻率號(hào)頻率，即對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。解調(diào)后的信號(hào)中其它組合頻率信號(hào)的頻率遠(yuǎn)大于被檢測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)頻率，可使用低通濾波器7濾除其余部分。
[0060]經(jīng)窄帶濾波器濾波后的信號(hào)僅包含被檢測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)頻率，利用低噪聲放大器8進(jìn)行放大，可獲得足夠幅度的被檢測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)的輸出信號(hào)。
[0061]頻率可調(diào)多通道信號(hào)發(fā)生器I也可稱(chēng)為頻率可調(diào)多通道輸出交流信號(hào)發(fā)生器。
[0062]頻率可調(diào)多通道信號(hào)發(fā)生器I輸出頻率計(jì)算:
[0063](I)非晶材料部件2高頻激勵(lì)信號(hào)頻率為fam。，第一變頻器4的調(diào)制信號(hào)頻率為f?d，第二變頻器6的解調(diào)信號(hào)頻率為fdCT1，被檢測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)頻率為fMt，頻率根據(jù)非晶絲材料特性以及電路工作點(diǎn)確定。(2)非晶材料部件2兩端輸出電壓信號(hào)中包含
土fext頻率信號(hào)。(3)第一變頻器4將頻率為fm()d的調(diào)制信號(hào)和非晶材料部件2輸出頻率為fam。土fext的交流信號(hào)變頻(混頻)，產(chǎn)生含有(fam。土fext) 土乙^頻率成份的交流信號(hào)。
(4)窄帶晶體濾波器的中心頻率可設(shè)定為(fam。土fext) 土fm()d中的一個(gè)，假定選擇中心頻率為f-o+fext+fmod° (5)第二變頻器6將窄帶晶體濾波器輸出頻率為f_+f；xt+fm(xl的信號(hào)與解調(diào)頻率信號(hào)fdCT1進(jìn)行變頻(混頻)，如果解調(diào)信號(hào)頻率為fdail=f_+fm()d，第二變頻器6輸出信號(hào)中的頻率成份為fext及fext+2f_+2fm()d，只要保證fdem=f^fnwd就可以獲得頻率為fext的被測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)。
[0064]本發(fā)明的有益效果是: [0065]1.使用濾波性能良好的窄帶晶體濾波器對(duì)被檢測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行濾波，可獲得非常高的信噪比。
[0066]2.通過(guò)改變調(diào)制信號(hào)和解調(diào)信號(hào)頻率，可以實(shí)現(xiàn)在整個(gè)頻帶內(nèi)對(duì)被測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行頻率掃描，可獲得精確的磁場(chǎng)信號(hào)的頻率響應(yīng)。
[0067]3.將連續(xù)可變的被檢測(cè)信號(hào)頻率調(diào)制到固定的頻率，可利用市場(chǎng)上通用的、低成本的、性能良好的晶體濾波器5實(shí)現(xiàn)窄帶濾波，提高了系統(tǒng)的性?xún)r(jià)比。
[0068]4.由于晶體濾波器5具有固定的頻率，在解調(diào)、低通濾波和低噪聲放大電路中可使用固定參數(shù)的相關(guān)電路，降低了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試的復(fù)雜程度。頻率可調(diào)多通道信號(hào)發(fā)生器I提供精確的、可變的調(diào)制和解調(diào)頻率，可以保證解調(diào)后的輸出信號(hào)中只包含被檢測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)頻率。
[0069]5.第二變頻器6輸出的信號(hào)中被檢測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)頻率和其它組合頻率信號(hào)的頻差較大，經(jīng)其后的低通濾波器7濾波，被測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)之外的頻率被大幅度衰減，系統(tǒng)獲得良好的信噪比。
[0070]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種具有測(cè)量頻率掃描功能的交流磁場(chǎng)傳感器，其特征在于:包括頻率可調(diào)多通道信號(hào)發(fā)生器(I)、第一變頻器(4)、晶體濾波器(5)、第二變頻器(6)、低通濾波器(7)、低噪聲放大器(8)、探頭，所述頻率可調(diào)多通道信號(hào)發(fā)生器(I)分別與所述探頭、第一變頻器(4)、以及第二變頻器(6)相連，所述探頭、所述第一變頻器(4)、所述晶體濾波器(5)、所述第二變頻器(6)、所述低通濾波器(7)、所述低噪聲放大器(8)依次相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流磁場(chǎng)傳感器，其特征在于:所述探頭包括非晶材料部件(2)、前置放大器(3)、直流偏置線圈(9)，所述非晶材料部件(2)與所述前置放大器(3)輸入端相連，所述頻率可調(diào)多通道信號(hào)發(fā)生器(I)與所述非晶材料部件(2)相連，所述直流偏置線圈(9)纏繞于所述非晶材料部件(2)外表面，所述前置放大器(3)輸出端與所述第一變頻器(4)相連； 所述頻率可調(diào)多通道信號(hào)發(fā)生器(I):用于分別提供所述非晶材料部件(2)高頻激勵(lì)頻率信號(hào)、第一變頻器(4)的調(diào)制頻率信號(hào)，第二變頻器(6)的解調(diào)頻率信號(hào)； 所述直流偏置線圈(9):用于產(chǎn)生偏置磁場(chǎng)； 所述非晶材料部件(2):用于在高頻激勵(lì)頻率信號(hào)和直流偏置磁場(chǎng)的作用下，所述非晶材料部件(2)兩端的復(fù)阻抗隨著通過(guò)其軸向分量的被檢測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)的變化而變化，在電路中所述非晶材料部件(2)兩端產(chǎn)生反映被檢測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)幅度變化的交流電壓信號(hào); 所述前置放大器(3):用于對(duì)非晶材料部件(2)輸出的交流電壓信號(hào)進(jìn)行初步放大； 所述第一變頻器(4):用于將所述頻率可調(diào)多通道信號(hào)發(fā)生器(I)輸出的調(diào)制頻率信號(hào)與非晶材料部件(2)輸出的 交流電壓信號(hào)混頻或變頻，所述第一變頻器(4)輸出的信號(hào)中含有等于所述晶體濾波器(5)的中心頻率的信號(hào)； 所述晶體濾波器(5)，其中心頻率為所述非晶材料部件(2)激勵(lì)頻率、被測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)頻率、調(diào)制信號(hào)頻率組合頻率的一個(gè)，經(jīng)過(guò)該晶體濾波器(5)后，其余頻率的輸出信號(hào)被濾除；所述第二變頻器(6)，用于將所述晶體濾波器(5)輸出頻率信號(hào)和解調(diào)頻率信號(hào)進(jìn)行混頻或變頻，經(jīng)混頻或變頻后所述第二變頻器(6)輸出信號(hào)中含有被測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)和其它組合頻率信號(hào)； 所述低通濾波器(7)，所述第二變頻器(6)輸出的信號(hào)中其它組合頻率信號(hào)遠(yuǎn)高于被測(cè)交流磁場(chǎng)信號(hào)頻率，使用所述低通濾波器(7)將組合頻率濾掉； 低噪聲放大器(8 ),對(duì)所述低通濾波器(7 )輸出信號(hào)進(jìn)行放大。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流磁場(chǎng)傳感器，其特征在于:所述非晶材料部件(2)為Co基或Fe基具有巨磁阻抗效應(yīng)的非晶態(tài)合金材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交流磁場(chǎng)傳感器，其特征在于:所述非晶材料部件(2)為非晶絲或非晶帶。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流磁場(chǎng)傳感器，其特征在于:所述晶體濾波器(5)為窄帶晶體濾波器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的交流磁場(chǎng)傳感器，其特征在于:所述窄帶晶體濾波器為固定頻率的窄帶晶體濾波器。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流磁場(chǎng)傳感器，其特征在于:所述第一變頻器(4)為具有變頻功能的非線性器件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的交流磁場(chǎng)傳感器，其特征在于:所述非線性器件包括模擬乘法器、混頻器 。
【文檔編號(hào)】G01R33/09GK103885006SQ201410127098
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】許洪光, 張?chǎng)? 張欽宇, 林茂六 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院