具有自动相位对准能力的三分量磁场测量装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种具有自动相位对准能力的三分量磁场测量装置，是由单片机最小系统经自动移相电路、驱动电路、磁通门探头、前置放大带通滤波和相敏检波连接积分器或低通滤波和AD采集与单片机最小系统，磁通门探头经反馈电阻或反馈校正电路和AD采集与单片机最小系统连接构成。单片机最小系统控制自动移相电路在每次测量时均采用参考信号相位连续移动的方法找到最佳移相幅度，确保不会因长时间使用引起移相参数的漂移；改善了环境温湿度等因素造成的不稳定问题，使操作更简便，实现了一键测量；在磁场过强或过弱时调节反馈校正电路使磁通门探头处形成人工校正磁场，确保系统在较大磁场变化范围内准确移相，实现了三分量相位的同步校准。
【专利说明】具有自动相位对准能力的三分量磁场测量装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种三分量磁场测量装置，尤其是具有数字化全自动相位对准能力的三分量磁场测量装置。
【背景技术】
[0002]磁通门技术是目前弱磁测量的一种重要方法，它是利用被测磁场中高导磁铁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场强度。任意偶次谐波可作为被测磁场的量度，如CN101422363公开了一种“微型磁通门肺磁信号检测装置”，CN2070914公开了 “一种磁通门式磁力仪”，利用正负对称式峰值检波的办法检测信号，这些专利均采用偶次谐波法。由于二次谐波幅值最大，所以通常选取其二次谐波电压量度被测磁场，这就需要一系列的电路对探头输出信号进行调理，以便滤出二次谐波进行电压测量。但这些信号调理电路会导致三分量磁通门传感器各路信号延时不一致(出现各路的相位延时)同时传感器各轴的延时也会出现不一致，如果在相敏检波处采用同一个参考信号和三路二次谐波信号相乘，势必会影响相敏检波输出，从而影响测量结果。传统磁通门传感器采用的是纯模拟电路的移相方法，这会导致移相的幅度受环境温湿度等因素影响较大，电路的稳定性不高，同时也不便于调节。随着仪器的长时间工作和使用，电阻电容等元器件的参数会发生变化，这也会影响移相的稳定性和准确性。现有的采用数字电路移相技术的磁通门存在着相位不能连续可调，在大范围变化的磁场下移相不准，在磁场三个分量同时发生变化的情况下移相难以协调，长时间工作时移相装置的准确性无法保证等诸多问题。如CN102520375A公开了一种“磁通门磁力仪检测电路及精度提高方法”的磁通门磁力仪检测电路及精度提高方法，采用微处理器连接任意选通，脉冲发生器经移相I和移相II分别与任意选通连接构成，起到了一定移相的效果，但由于其采用的是任意选通的方式移相，其相位连续调节的能力受到限制。由于探头的放置方向不同可能导致出现某一个或某两个方向磁场较弱的情况，其无法解决三分量同步相位对准的问题，同时，随着仪器长时间的使用其移相的准确性和稳定性无法保证。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的就在于针对上述现有技术存在的不足，提供了一种具有自动相位对准能力的三分量磁场测量装置。
[0004]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0005]具有自动相位对准能力的三分量磁场测量装置，是由单片机最小系统8经自动移相电路10、驱动电路11、磁通门探头1、前置放大带通滤波2和相敏检波3与自动移相电路10连接，相敏检波3分别连接积分器4和低通滤波5，积分器4和低通滤波5经第一单刀双掷开关6和AD采集7与单片机最小系统8连接，磁通门探头I经第二单刀双掷开关12连接反馈电阻13或反馈校正电路14，反馈电阻13和反馈校正电路14分别经第三单刀双掷开关15和AD采集7与单片机最小系统8连接，反馈电阻13和反馈校正电路14分别经第三单刀双掷开关15和DA转换16与单片机最小系统8连接，单片机最小系统8与触摸屏9连接构成。
[0006]反馈校正电路14是由AD转化输出电压经反相放大器与反向跟随器连接构成。
[0007]有益效果:单片机最小系统控制自动移相电路在每次测量时均采用参考信号相位连续移动的方法找到最佳移相幅度，确保系统不会由于长时间使用引起移相参数的漂移；整个系统采用全数字的电路解决相位对准问题，彻底改善了环境温湿度等因素造成的系统不稳定问题，同时实现了全自动优化测量和控制，使操作更为简洁，实现了一键测量；在磁场过强或过弱时调节反馈校正电路使磁通门探头处形成人工校正磁场，确保系统在较大磁场变化范围内准确移相，同时实现了三分量相位的同步校准。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为具有自动相位对准能力的三分量磁场测量装置结构框图
[0009]图2为附图1中的反馈校正电路框图
[0010]I磁通门探头，2前置放大带通滤波，3相敏检波，4积分器，5低通滤波，6第一单刀双掷开关，7.AD采集，8单片机最小系统，9触摸屏，10自动移相电路，11驱动电路，12第二单刀双掷开关，13反馈电阻，14反馈校正电路，15第三单刀双掷开关，16.DA转换。
【具体实施方式】:
[0011]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明:
[0012]具有自动相位对准能力的三分量磁场测量装置，是由单片机最小系统8经自动移相电路10、驱动电路11、磁通门探头1、前置放大带通滤波2和相敏检波3与自动移相电路10连接，相敏检波3分别连接积分器4和低通滤波5，积分器4和低通滤波5经第一单刀双掷开关6和AD采集7与单片机最小系统8连接，磁通门探头I经第二单刀双掷开关12连接反馈电阻13或反馈校正电路14，反馈电阻13和反馈校正电路14分别经单刀双掷开关和AD采集7与单片机最小系统8连接，反馈电阻13和反馈校正电路14分别经第三单刀双掷开关15和DA转换16与单片机最小系统8连接，单片机最小系统8与触摸屏9连接构成。
[0013]反馈校正电路14是由AD转化输出电压经反相放大器与反向跟随器连接构成。
[0014]磁通门探头I与前置放大带通滤波2连接，前置放大带通滤波2与相敏检波3连接，相敏检波3与积分器4和低通滤波5分别连接，第一单刀双掷开关6的选择端与积分器4和低通滤波5分别连接，AD采集7与单刀双掷开关6的公共端连接，AD采集7与单片机最小系统8连接，单片机最小系统8分别与自动移相电路10、触摸屏9、DA转换16连接，第一单刀双掷开关6的控制端与第三单刀双掷开关15的控制端相连，反馈电阻13和反馈校正电路14分别与第二单刀双掷开关12的控制端相连，自动移相电路10和驱动电路11相连，驱动电路11和磁通门探头I连接，第一单刀双掷开关6的公共端经第三单刀双掷开关15的控制端与反馈电阻13连接，DA转换16经第三单刀双掷开关15的控制端与反馈校正电路14构成。
[0015]自动移相电路10提供驱动电路11所需的5K驱动信号和相敏检波3所需的可自动移相的IOK参考信号。
[0016]反馈校正电路14在相位对准状态下对DA转换16的输出进行调理，向磁通门提供人工较正磁场所需的直流电压。
[0017]反馈电阻13采用的是由噪声低、稳定性好的金属膜电阻，它的作用是在自动相位对准完成后作为闭环反馈，使磁通门探头I工作在零磁场附近。
[0018]自动移相电路10由CPLD及其外围控制信号构成，提供驱动电路11所需的5KHz驱动信号及相敏检波3所需的IOKHz参考信号。
[0019]前置放大带通滤波2对磁通门探头I的输出信号进行滤波、放大，使其输出的幅值与被测磁场成比例的二次谐波。
[0020]相敏检波3所需的参考信号由自动移相电路10提供，相敏检波3将前置放大带通滤波2输出的二次谐波与参考信号相乘，将前置放大带通滤波2输出的二次谐波变为直流电压，达到相敏检波的目的。
[0021]图2所示的反馈校正电路14由反相放大器和跟随器构成，起调节反馈校正电压幅值和提高输出负载能力的作用。
[0022]自动相位对准的实现方法:
[0023]单片机最小系统控制控制自动移相电路完成系统定频移相式的相位扫描，实现相位的自动对准。单片机最小系统根据外界磁场的大小同步调整反馈校正信号的大小，并控制自动移相电路调节相位。当外界磁场较弱时，增加正反馈量使探头输出信号变大，增加AD采集到的幅值，当外界磁场较强时，不加正反馈或改为加负反馈以削弱探头输出信号，从而使低通滤波输出的直流电压幅度满足AD采集对信号幅值的要求，从而保证自动移相电路的移相准确度。
[0024]三分量磁场测量装置上电后，通过触摸屏9实现人机交换。单片机最小系统8控制第一单刀双掷开关6、第二单刀双掷开关12、第三单刀双掷开关15均选择下部通道导通，整个装置处于自动相位对准的状态。磁通门探头I经前置放大带通滤波2输出二次谐波，经过滤波的二次谐波进入相敏检波3与自动移相电路10产生的参考信号相乘，达到相敏检波的目的。单片机最小系统8控制自动移相电路10使参考信号在一个周期内连续扫描式移相，单片机最小系统8控制AD采集7采集经低通滤波5输出的直流分量的幅值，并记录，从而确定移相值的大小，并控制自动移相电路10调整参考信号的相位，实现自动相位对准。
[0025]三分量磁场测量装置处于自动相位对准状态下时，单片机最小系统8同时会根据外界磁场的大小同步调整反馈校正信号的大小，并控制自动移相电路10调节相位。当外界磁场较弱时，增加正反馈量使探头输出信号变大，增加AD采集7采集到的幅值，当外界磁场较强时，不加正反馈或改为加负反馈以削弱探头输出信号，从而使低通滤波5输出的直流电压幅度满足AD采集7对信号幅值的要求，从而保证自动移相电路10的移相准确度。电路系统处于磁场测量状态下时，控制AD采集7对积分器4输出的结果进行采集，并通过触摸屏9显示输出结果。整个电路系统自动相位对准状态完成后，单片机最小系统8控制第一单刀双掷开关6、第二单刀双掷开关12、第三单刀双掷开关15切向上部通道导通，整个装置处于磁场测量状态。将反馈校正电路14和低通滤波5断出，将积分器4和反馈电阻13接入系统，完成了自动相位对准状态和磁场测量状态的切换。AD采集7将积分后的三分量信号采集并传给单片机最小系统8，单片机最小系统8通过触摸屏9显示三分量测量值。
【权利要求】
1.一种具有自动相位对准能力的三分量磁场测量装置，其特征在于，是由单片机最小系统(8)经自动移相电路(10)、驱动电路(11)、磁通门探头(I)、前置放大带通滤波(2)和相敏检波⑶与自动移相电路(10)连接，相敏检波(3)分别连接积分器⑷和低通滤波(5)，积分器(4)和低通滤波(5)经第一单刀双掷开关(6)和AD采集(7)与单片机最小系统(8)连接，磁通门探头(I)经第二单刀双掷开关(12)连接反馈电阻(13)或反馈校正电路(14)，反馈电阻(13)和反馈校正电路(14)分别经第三单刀双掷开关(15)和AD采集(7)与单片机最小系统(8)连接，反馈电阻(13)和反馈校正电路(14)分别经单刀双掷开关和DA转换(16)与单片机最小系统(8)连接，单片机最小系统(8)与触摸屏(9)连接构成。
2.按照权利要求1所述的具有自动相位对准能力的三分量磁场测量装置，其特征在于，反馈校正电路(14)是由AD转化输出电压经反相放大器与反向跟随器连接构成。
【文档编号】G01R33/04GK203502573SQ201320612769
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年10月5日 优先权日:2013年10月5日
【发明者】尚新磊, 张鹏, 林君, 王琳, 候二娜, 王晓光, 蔡敏 申请人:吉林大学