專利名稱：零磁致伸縮非晶合金磁強計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該實用新型技術(shù)領(lǐng)域?qū)儆谧詣涌刂拼艌鰷y量裝置。
隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，對磁性傳感器和磁場測量儀器的研制提出越來越高的要求，在工業(yè)科研測量和自動控制的許多場合要求能對快速變化的磁場強度，磁通以及與這些物理量直接相關(guān)的位移、電流等進行實時地監(jiān)測和跟蹤，研制一種微型、低功耗高頻響、抗震動靈敏穩(wěn)定的磁性傳感器是非常必要的。零磁致伸縮非晶體合金磁強計的研制和問世就是以滿足這些要求為目的。正如大家所知道的，弱磁場測量儀器現(xiàn)有多種，但是有些不能連續(xù)測量，如質(zhì)子磁強計(Proton Processing Magmetometer)，有些能夠進行連續(xù)測量，響應(yīng)頻率卻很低，如磁通門磁強計(Fluxgate Magnetometer)，只有幾百赫，而且它門都是體積較大，功耗偏高。
非晶體磁性材料與晶體的比較，具有許多優(yōu)點，如較高的抗張強度(σmax＝200－400kg／mm2)、較高的電阻率(ρ＝120－190μΩ／cm)和較高的導磁率而只帶有很小的誘導各向異性常數(shù)(ku＝200－800J／
)。這就使得它非常適合制作高靈敏度、高頻響和小尺寸的傳感器。本專利就是利用正在研制的國產(chǎn)非晶體合金材料而發(fā)展起來的一種新技術(shù)。
本實用新型的目的是提供一種響應(yīng)頻率高、抗震性能好、體積小、功耗低的零磁致伸縮非晶合金磁強計。
零磁致伸縮非晶體合金磁強計是由探頭和電路盒組成。AMI－1型是由具有非晶合金磁芯的三個探頭及其支座和一個電路盒構(gòu)成的，用于測量三分量磁場強度。
探頭的結(jié)構(gòu)如

圖1所示，①線圈1；②線圈2；③線圈骨架；④芯體；⑤；線圈引出端；⑦線圈公共引出端；⑧并聯(lián)電容。
兩個測量線圈繞在陶瓷管骨架上，線圈間距不要過大、過小，以彼此磁通交連不大于20％為宜，非晶芯體插入陶瓷管內(nèi)，以膠封裝。然后將帶骨架的線圈以膠封裝在無磁合金銅或鋁套管內(nèi)。制作技術(shù)關(guān)鍵是二線圈在插入芯體后的電感量必須作到一樣，相差不得大于2μH。
該磁強計結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。圖2(a)為該磁強計運行原理圖，圖中L1、L2為插有非晶芯體探頭二線圈，R1、R2(R1＝R2)為兩個電阻，它和L1、L2(L1＝L2)組成一橋式電路，C1、C2是消除探頭電纜間寄生電容、電感干擾的并聯(lián)電容。圖2(b)為三分量零磁致伸縮非晶體合金磁強計結(jié)構(gòu)圖，X、Y、Z為三個探頭。①為多諧振蕩器；②為橋式電路；③為有源濾波器；④為放大器；該結(jié)構(gòu)可設(shè)計成開環(huán)，亦可設(shè)計成閉環(huán)。閉環(huán)的穩(wěn)定性高于開環(huán)。
來自探頭的信號由多諧振蕩器加以調(diào)制給出頻率穩(wěn)定(可達10－4)的方波。探頭的兩個線圈系兩個感性負載與另外兩個電阻構(gòu)成不平衡交流橋式電路，經(jīng)多諧振蕩器和橋式電路調(diào)制的信號進一步經(jīng)有源濾波器掉來自探頭的高頻噪聲，并經(jīng)放大器放大后輸出。
該傳感器工作原理當多諧振蕩器的一側(cè)導通和另一側(cè)截止的振蕩半周期內(nèi)，其中一個線圈的激勵電流從零增加到最大，而另一個線圈的激勵電流從最大值減少到零。在另半周期內(nèi)，振蕩器反轉(zhuǎn)，線圈中的激勵電流變化也同時反轉(zhuǎn)。如果先選L10＝L20，由于電路的對稱性，當外加磁場Hex＝0，則L1＝L2，傳感器的輸出Edc＝0，隨著外加磁場Hex的增加，L1不再與L2相等，橋式電路的不平衡增加，Ede便隨著增加，傳感器的輸出與被測磁場的關(guān)系式如下當Cb＝0(振蕩器整流電容)Ede＝ (eRl)/(Rb) · (△L)/(L)
當Rb＝0(振蕩器整流電阻)Ede≈3(1 (π)/4 )RL·E (C6)/(L) (△L)/(L) (E電源電壓)其中L＝ (4Nrwhβm)/(πImN) (1－ (Hex)/(H6) )N是線圈圈數(shù)；Nr是芯體根數(shù)；W、h是芯體寬度和厚度；βm是最大飽和磁通；Im是最大激勵電流；Hb是芯體材料去磁場。
實現(xiàn)該傳感器穩(wěn)定可靠運行的技術(shù)關(guān)鍵是1、探頭的合理設(shè)計N＝450匝，線圈間距15MM，線圈長15MM，三層，芯體長50MM，寬1MM，厚35MM，二根，ΔL0＝L10－L20≤2μH，陶瓷管φ2MM。
2、合理選擇運行工作點，取激勵電流Im＝50mA，使Barkhasen噪聲為最小。
3、為消除探頭電纜間寄生電容、電感干擾，在探頭上采用并聯(lián)電容(C＝2400P)的方法。
4、利用有源濾波器濾掉來自探頭的高頻噪聲。
5、設(shè)計開環(huán)和閉環(huán)兩種。
AM1－1，AM1－3非晶合金磁強計主要技術(shù)參數(shù)如圖6所列。
根據(jù)各種不同用途，做有不同型號的磁強計AM1－1－1，AM1－1－2，AM1－1－3。
AM1－1－1磁強計是用于非接觸測量弱交變電流(40μA以上)的磁強計。如圖3所示。該磁強計探頭是螺旋形的。圖3是外形圖。
AM1－1－2磁強計是用于測量微位移磁強計(1.4KHZ，分辨率為1μm)，如圖4所示。它是人體脈相傳感器。圖4為外形圖。
AM1－1－3磁強計是由于測量漏磁通的磁強計(10KHZ，－3db以下)，如圖5所示外形圖。
AM1－1－3的探頭甚小，適用于監(jiān)測感應(yīng)電動機運動中的漏磁通，可安裝在定子槽縫中，如果定子和轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生故障，漏磁通會急劇增加，該磁強計即可及時報警，并切斷電源，實施保護。該磁強計尺寸為2MM×1MM×1MM。
該實用新型實現(xiàn)了連續(xù)測量，響應(yīng)頻率高，體積小，低功耗＜100MW～＜300MW，應(yīng)用范圍廣，適用于穩(wěn)態(tài)磁場，動態(tài)磁場，非接觸測量弱變多電流、微位移及漏磁通。
權(quán)利要求1.一種零磁致伸縮非晶體合金磁強計，其特征在于探頭芯體由零磁致伸縮非晶合金制成，與多諧振蕩順和不平衡電橋連接構(gòu)成。
2.按權(quán)力要求1所說磁強計，其特征在于探頭線圈繞在陶瓷骨架上，線圈間距離大小以磁交連不大于20％為宜，非晶芯體插入陶瓷管內(nèi)以膠封裝，將帶骨架的線圈以膠封裝在無磁合金銅或鋁套管內(nèi)。
3.按權(quán)力要求2所說磁強計，其特征在于線圈N＝450匝，線圈間距離15MM，線圈長15MM三層，芯體長50MM，寬1MM，厚35MM，△L0＝L10－L20≤2μA，陶瓷管φ2MM。
專利摘要一種具有探頭(一個或三個)和線路盒的磁強計，它的探頭芯體是零磁致伸縮非晶合金制成，具有高靈敏度、高頻響，各向同性，體積小等優(yōu)點。適用于穩(wěn)態(tài)磁場和動態(tài)磁場、非接觸測量弱交變電流、微位移及漏磁通。
文檔編號G01R33/02GK2138798SQ89217869
公開日1993年7月21日 申請日期1989年10月14日 優(yōu)先權(quán)日1989年10月14日
發(fā)明者賈文奎, 李利民, 李丕奇 申請人:中國科學院空間科學與應(yīng)用研究中心