一種基于巨磁阻抗效應(yīng)的磁場(chǎng)梯度傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于巨磁阻抗效應(yīng)的磁場(chǎng)梯度傳感器，屬于磁傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]磁傳感器在航空航天領(lǐng)域有著及其廣泛的應(yīng)用，如近地空間磁場(chǎng)測(cè)量，行星磁場(chǎng)觀測(cè)，磁性目標(biāo)定位以及航天器運(yùn)行的磁導(dǎo)航等。目前能應(yīng)用到實(shí)際中的傳感器包括超導(dǎo)量子干涉(SQUID)傳感器、霍爾傳感器、巨磁阻(giant magneto-resistance，簡稱GMR)傳感器等。SQUID傳感器的靈敏度最高，但是成本較高，且需要在低溫環(huán)境下使用，這些限制條件使其難以在航空方面大規(guī)模使用?；魻杺鞲衅鞯闹苽涔に囕^為成熟，但是溫度特性較差?；诰薮抛栊?yīng)的磁傳感器具有精度高、成本低、工藝簡單等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]用傳感器測(cè)量磁場(chǎng)時(shí)，地磁噪聲或其他環(huán)境磁場(chǎng)噪聲常常會(huì)給測(cè)量造成誤差。常用消除噪聲的方法是給傳感器加偏置磁場(chǎng)，抵消干擾，但這種方法對(duì)環(huán)境要求較高，無法在環(huán)境復(fù)雜變化的情況下使用。而測(cè)量磁場(chǎng)梯度信號(hào)可以有效的消除干擾磁場(chǎng)。梯度指場(chǎng)沿某方向的變化率，反映了磁場(chǎng)變化的情況及方向。磁場(chǎng)梯度信息在實(shí)際工程中有廣泛的應(yīng)用，如在軍用方面，可以實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)探測(cè)，飛行器定位、導(dǎo)航等領(lǐng)域應(yīng)用；在民用方面，配合高精度傳感器可以實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)上的常規(guī)體檢，病源部位確定，病理分析檢驗(yàn)。在地質(zhì)方面可實(shí)現(xiàn)地下礦產(chǎn)的檢測(cè)與定位，地下電纜及工程的無損檢測(cè)等。由三軸磁場(chǎng)梯度計(jì)所測(cè)量的磁場(chǎng)梯度張量信息，可以更好的描述磁場(chǎng)源，在醫(yī)學(xué)磁測(cè)量診斷、磁法地質(zhì)勘探、無損檢測(cè)以及目標(biāo)定位等領(lǐng)域有著更加廣泛的應(yīng)用前景。
[0004]現(xiàn)有梯度計(jì)多為標(biāo)量梯度計(jì)，只能測(cè)量某一點(diǎn)的磁場(chǎng)值，無法測(cè)量磁場(chǎng)的方向；部分矢量梯度計(jì)雖然能夠測(cè)量磁場(chǎng)某點(diǎn)的方向和大小，但是無法測(cè)量出磁場(chǎng)的變化，即梯度值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決精確測(cè)量磁場(chǎng)梯度信息的問題，提出一種基于GMR效應(yīng)的磁梯度傳感器電路，該檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、穩(wěn)定性好、響應(yīng)迅速特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)磁場(chǎng)梯度的快速測(cè)量，為磁性目標(biāo)的探測(cè)、定位及識(shí)別提供技術(shù)基礎(chǔ)。本發(fā)明單軸的磁場(chǎng)梯度計(jì)，能夠測(cè)量磁場(chǎng)沿著某個(gè)方向的變化。并采用巨磁阻芯片，大大提高了測(cè)量精度，可以靈敏的獲得磁場(chǎng)的變化信息。
[0006]一種基于巨磁阻效應(yīng)的磁場(chǎng)梯度傳感器，包括穩(wěn)壓模塊、升壓模塊、置位/復(fù)位脈沖產(chǎn)生模塊、巨磁阻芯片模塊、單片機(jī)處理模塊；
[0007]所述的穩(wěn)壓模塊采用LM294芯片，I號(hào)引腳為電源輸入，通過電容C8和電容C9連接到電源端VS，電容C8的大小為100uF，正極接電源端VS，負(fù)極接地GND，電容C9為0.1uF,和C8并聯(lián)，一端接電源VS，一端接地GND，3號(hào)輸出引腳通過電容ClO和Cll將5V電壓VC輸出，ClO大小為10uF，正極接3號(hào)輸出，負(fù)極接地；C11為0.luF，與ClO并聯(lián)，一端接3號(hào)輸出引腳，一端接地GND，2號(hào)引腳TAB空置，4號(hào)引腳接地；
[0008]所述的升壓模塊采用MAX662芯片，I號(hào)和2號(hào)引腳分別接入電容C7的正負(fù)端，C7為0.22uF，3號(hào)引腳和4號(hào)引腳分別接入電容C2，C2為0.22uF，7號(hào)引腳和8號(hào)引腳接地；5號(hào)引腳通過2uF的保護(hù)電容C6連接5V電壓輸入，C6的負(fù)極接入地端，6號(hào)引腳輸出20V電壓，電阻Rl和電阻R2，Rl和R2為二極管，型號(hào)為1N5819，兩者串聯(lián)，正極與6號(hào)輸出引腳相連，負(fù)極輸出20V電壓，電容C4和電容C5大小都為luF，一端接入6號(hào)輸出引腳，一端接地；
[0009]所述的置位/復(fù)位脈沖產(chǎn)生模塊3采用BTS7970芯片，單片機(jī)處理模塊產(chǎn)生脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)通過2.2K的電阻R5接入BTS7970的2號(hào)引腳，I號(hào)引腳接地，20V電壓直接接入7號(hào)引腳，5號(hào)引腳為轉(zhuǎn)換速率設(shè)定，通過電阻R7設(shè)定轉(zhuǎn)化速率，電阻R7為2.2K，一端與5號(hào)引腳相連，一端接地；6號(hào)引腳通過電阻R8和電容C12對(duì)電流進(jìn)行診斷，R8為1K，電容C12為0.0luF，兩者并聯(lián)接入6號(hào)引腳，負(fù)極都接入地GND ;4號(hào)和8號(hào)引腳輸出電流，通過0.47uF的電容C13進(jìn)行積分，轉(zhuǎn)化成脈沖電流，為芯片提供電流，穩(wěn)壓芯片LM2940的5V輸出通過2.2K的電阻R6接入3號(hào)引腳，R6的一端接5V的Vcc，另一端接3號(hào)引腳；4號(hào)引腳空置；
[0010]所述的巨磁阻芯片模塊為兩個(gè)，兩個(gè)巨磁阻芯片模塊均采用HMC1001芯片，分別設(shè)為I號(hào)HMC1001芯片和2號(hào)HMC1001芯片，穩(wěn)壓模塊I中LM2940穩(wěn)壓芯片所產(chǎn)生的5V電壓為兩個(gè)HMC1001芯片的電橋提供參考電壓，分別施加到兩個(gè)HMC1001芯片的7引腳，兩個(gè)HMC1001芯片的4號(hào)引腳均接地；脈沖信號(hào)通過電容C13積分的置位/復(fù)位脈沖電流先流入I號(hào)HMC1001芯片的I號(hào)引腳，為信號(hào)的正極，3號(hào)引腳是負(fù)極，將置位/復(fù)位脈沖電流輸出后，接入2號(hào)HMC1001芯片的I號(hào)引腳，而2號(hào)HMC1001芯片的負(fù)極3號(hào)引腳接地；I號(hào)HMC1001芯片和2號(hào)HMC1001芯片的5號(hào)和8號(hào)引腳都是信號(hào)輸出端，5號(hào)為輸出信號(hào)正極，8號(hào)為負(fù)極；1號(hào)HMC1001芯片的信號(hào)輸出5、8引腳單片機(jī)的A4、A5端口，2號(hào)芯片的信號(hào)輸出5、8引腳單片機(jī)的A6、A7端口，2號(hào)引腳和6號(hào)引腳空置；把置位/復(fù)位信號(hào)輸入至將I號(hào)HMC1001芯片的S/R+端，即I號(hào)引腳，并將其3號(hào)引腳的S/R-端與2號(hào)HMC1001芯片的I號(hào)引腳S/R+端相連接，最后將2號(hào)HMC1001芯片的3號(hào)引腳S/R-端與地線相連；兩個(gè)HMC1001芯片的OUT+和OUT-連接至單片機(jī)的ad轉(zhuǎn)換端口，完成數(shù)據(jù)的讀?。?br>[0011 ] 所述的單片機(jī)處理模塊負(fù)責(zé)提供置位/復(fù)位脈沖產(chǎn)生模塊所需的PWM波形及置位/復(fù)位脈沖產(chǎn)生模塊輸出信號(hào)的采集。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0013](I)本發(fā)明新型磁傳感器可對(duì)弱磁場(chǎng)梯度信息進(jìn)行測(cè)量，梯度信息可用于目標(biāo)識(shí)別和定位；
[0014](2)本發(fā)明基于巨磁阻效應(yīng)的磁場(chǎng)梯度傳感器使用技術(shù)成熟的集成芯片，測(cè)量結(jié)果通過單片機(jī)可以直接輸出，成本低廉、穩(wěn)定性好、響應(yīng)迅速、結(jié)構(gòu)簡單；
[0015](3)本發(fā)明針對(duì)磁傳感器芯片的材料性能，利用電路產(chǎn)生脈沖電流，對(duì)巨磁阻芯片進(jìn)行置位/復(fù)位操作，保證芯片工作在高靈敏度的狀態(tài)下。
【附圖說明】
[0016]圖1是基于巨磁阻效應(yīng)的磁場(chǎng)梯度傳感器的電路圖；
[0017]圖2是基于巨磁阻效應(yīng)的磁場(chǎng)梯度傳感器的電路原理框圖；
[0018]圖3是穩(wěn)壓模塊電路原理圖；
[0019]圖4是升壓模塊電路原理圖；
[0020]圖5是脈沖產(chǎn)生電路原理圖；
[0021]圖6是基于巨磁阻效應(yīng)的磁場(chǎng)梯度傳感器的實(shí)物樣機(jī)圖；
[0022]圖7是用實(shí)物樣機(jī)測(cè)量磁場(chǎng)梯度的輸出波形圖。
[0023]圖中:
[0024]1-穩(wěn)壓模塊2-升壓模塊3-置位/復(fù)位脈沖產(chǎn)生模塊
[0025]4-巨磁阻芯片模塊5-單片機(jī)處理模塊
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0027]本發(fā)明是一種基于巨磁阻效應(yīng)的磁場(chǎng)梯度傳感器，如圖1、圖2所示，包括穩(wěn)壓模塊1、升壓模塊2、置位/復(fù)位脈沖產(chǎn)生模塊3、巨磁阻芯片模塊4、單片機(jī)處理模塊5。
[0028]穩(wěn)壓模塊I如圖3所示，穩(wěn)壓模塊I用于將電源進(jìn)行穩(wěn)壓，能夠保障單片機(jī)處理模塊5持續(xù)不間斷地采集磁場(chǎng)信息，保障巨磁阻芯片模塊4的穩(wěn)定和高精度，消除電源噪聲對(duì)測(cè)量造成的干擾，采用串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電源LM2940作為穩(wěn)壓模塊I的芯片，將電源穩(wěn)壓至5Vo LM2940的I號(hào)引腳為電源輸入，通過電容C8和電容C9連接到電源端VS，其中，電容C8的大小為100uF，正極接電源端VS，負(fù)極接地GND ;電容C9為0.1uF,和C8并聯(lián)，一端接電源VS，一端接地GND，3號(hào)輸出引腳通過電容ClO和Cl I將5V電壓VC輸出，其中ClO大小為1uF,正極接3號(hào)輸出，負(fù)極接地；C11為0.1uF,與ClO并聯(lián)，一端接3號(hào)輸出引腳，一端接地GND。2號(hào)引腳TAB空置，4號(hào)引腳接地。
[0029]升壓模塊2如圖4所不，升壓模塊2米用MAX662芯片，穩(wěn)壓模塊I輸出的5V電壓Vcc經(jīng)過MAX662芯片升壓至18V-20V。MAX662芯片的I號(hào)和2號(hào)引腳分別接入電容C7的正負(fù)端，C7大小為0.22uF，3號(hào)引腳和4號(hào)引腳分別接入電容C2，大小也是0.22uF。7號(hào)引腳和8號(hào)引腳接地。5號(hào)引腳通過2uF的保護(hù)電容C6連接5