專利名稱：一種寬帶磁性傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于感應(yīng)式磁傳感器，特別涉及一種寬帶磁性傳感器，用于大地電磁探測(cè)。
背景技術(shù)：
在大地電磁探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，需要對(duì)頻率在0. 00025Hz-10kHz內(nèi)的磁場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行采集，為了實(shí)現(xiàn)此功能，需要用到感應(yīng)式磁傳感器，而感應(yīng)式磁傳感器的主線圈電壓和磁場(chǎng)信號(hào)頻率成正比，在極低頻段其感應(yīng)電壓非常小，邵英秋，王言章等在“基于磁反饋的寬頻帶磁傳感器的研制”(儀器儀表學(xué)報(bào)，Vol. 31,No. 11,Nov. 2010) 一文中，提出采用直接放大電路進(jìn)行放大的寬頻帶磁傳感器，由于一般的直接放大電路在極低頻段電路噪聲大，導(dǎo)致在極低頻段放大后輸出信號(hào)信噪比小，難以滿足檢測(cè)要求；上述論文也提出采用斬波技術(shù)將頻率搬移到較高頻段進(jìn)行放大后再進(jìn)行信號(hào)恢復(fù)的方案，可以解決在極低頻段時(shí)信噪比小的問(wèn)題，但是采用頻率搬移技術(shù)進(jìn)行處理的信號(hào)頻率只是低頻段，導(dǎo)致此時(shí)處理的信號(hào)帶
寬局限于低頻段，難以滿足使用要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種寬帶磁性傳感器，解決現(xiàn)有磁性傳感器在極低頻段噪聲過(guò)大的問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)在整個(gè)工作頻段均具有較低噪聲、在感應(yīng)主線圈諧振頻率兩側(cè)有平坦的幅頻特性以及線性相位。本發(fā)明所提供的一種寬帶磁性傳感器，包括感應(yīng)線圈、高頻通道放大電路、低頻通道放大電路、低通濾波器、運(yùn)算放大器、電壓跟隨器和反饋電路，其特征在于所述感應(yīng)線圈的感應(yīng)信號(hào)輸入端接收磁感應(yīng)信號(hào)，感應(yīng)線圈的輸出信號(hào)分別送到高頻通道放大電路輸入端和低頻通道放大電路輸入端，高頻通道放大電路輸出端通過(guò)補(bǔ)償電容連接雙刀雙擲開關(guān)中第一開關(guān)的常開觸點(diǎn)，高頻通道放大電路輸出端同時(shí)連接雙刀雙擲開關(guān)中第一開關(guān)的常閉觸點(diǎn)；低頻通道放大電路輸出端通過(guò)低通濾波器連接雙刀雙擲開關(guān)中第二開關(guān)的常開觸點(diǎn)，所述第二開關(guān)的常閉觸點(diǎn)接地；所述第一開關(guān)的中心觸點(diǎn)通過(guò)第一輸入電阻連接運(yùn)算放大器的反相輸入端，所述第二開關(guān)的中心觸點(diǎn)通過(guò)第二輸入電阻連接運(yùn)算放大器的反相輸入端，運(yùn)算放大器的同相輸入端通過(guò)接地電阻接地，運(yùn)算放大器的輸出端連接電壓跟隨器的同相輸入端，運(yùn)算放大器的輸出端通過(guò)反饋電阻連接運(yùn)算放大器的反相輸入端；運(yùn)算放大器的輸出端同時(shí)通過(guò)反饋電路連接所述感應(yīng)線圈的感應(yīng)信號(hào)輸入端；電壓跟隨器的輸出端連接電壓跟隨器的反相輸入端；所述感應(yīng)線圈的電感量為200H 350H ；所述高頻通道放大電路，由第一差分放大電路和第二差分放大電路級(jí)聯(lián)組成，第一差分放大電路的增益為35dB 45dB，噪聲系數(shù)小于4dB，第二差分放大電路增益為15dB 25dB ；所述低頻通道放大電路，由平衡混頻斬波器、第三差分放大電路、第四差分放大電路和電子開關(guān)級(jí)聯(lián)組成，平衡混頻斬波器和電子開關(guān)的開關(guān)頻率相同，均為2kHz 9kHz，由磁傳感器的用戶設(shè)備接收機(jī)決定，第三差分放大電路的增益為35dB 45dB，噪聲系數(shù)小于4dB，第四差分放大電路增益為15dB 25dB ；所述低通濾波器為一階有源低通濾波器，截止頻率為300Hz 500Hz ；所述反饋電路，由反饋放大器和反饋線圈級(jí)聯(lián)組成，反饋放大器增益可調(diào)節(jié)，為-IOdB -15dB，反饋線圈用漆包線繞制在感應(yīng)線圈外表面，電感量為0. 3H 0. 6H ; 所述電壓跟隨器為同相輸入電壓跟隨器。所述的寬帶磁性傳感器，其特征在于所述感應(yīng)線圈由磁芯、線圈骨架和線圈構(gòu)成，所述磁芯為非晶鐵鈷鎳材料，導(dǎo)磁率為150000 200000，所述線圈骨架套在磁芯中間段，線圈骨架包括多個(gè)長(zhǎng)度均勻的繞線槽，線圈在各繞線槽中分段均勻繞制；所述反饋電路中，反饋線圈匝數(shù)為30 50匝，均勻繞制在感應(yīng)線圈外表面。所述的寬帶磁性傳感器，其特征在于所述高頻通道放大電路中，所述第一差分放大電路包括兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管和兩個(gè)運(yùn)算放大器，兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的柵極分別連接所述感應(yīng)線圈兩端，兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的漏極分別通過(guò)偏置電路連接第一基準(zhǔn)電壓，兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的漏極分別連接兩個(gè)運(yùn)算放大器的反相輸入端，兩個(gè)運(yùn)算放大器的同相輸入端連接第二基準(zhǔn)電壓，兩個(gè)運(yùn)算放大器的輸出端分別通過(guò)隔直電容連接所述第二差分放大電路的輸入端，兩個(gè)運(yùn)算放大器的輸出端之間串聯(lián)三個(gè)取樣電阻；兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的源極分別連接所述三個(gè)取樣電阻的中間取樣電阻兩端；所述第二差分放大電路為平衡輸入、不平衡輸出差分放大電路。所述的寬帶磁性傳感器，其特征在于所述第一差分放大電路的第一基準(zhǔn)電壓和第二基準(zhǔn)電壓由基準(zhǔn)電壓生成電路產(chǎn)生，所述基準(zhǔn)電壓生成電路由輸入分壓電路、電壓跟隨器和輸出穩(wěn)壓電路級(jí)聯(lián)組成，電壓跟隨器的同相輸入端連接輸入分壓電路的輸出端，電壓跟隨器的輸出端連接電壓跟隨器的反相輸入端和輸出穩(wěn)壓電路，同時(shí)輸出第一基準(zhǔn)電壓，輸出穩(wěn)壓電路的輸出端輸出第二基準(zhǔn)電壓；輸入分壓電路輸入為電壓跟隨器的正電源。所述的寬帶磁性傳感器，其征在于所述低頻通道放大電路中，所述平衡混頻斬波器為雙平衡混頻器，所述第三差分放大電路結(jié)構(gòu)和所述第一差分放大電路結(jié)構(gòu)完全相同，區(qū)別僅在于兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的柵極分別連接所述平衡混頻斬波器的兩輸出端，兩個(gè)運(yùn)算放大器的輸出端分別通過(guò)隔直電容連接所述第四差分放大電路的輸入端；所述第四差分放大電路為平衡輸入、平衡輸出差分放大電路；所述電子開關(guān)為平衡輸入、不平衡輸出電子開關(guān)。所述的寬帶磁性傳感器，其征在于所述反饋電路中，所述反饋放大器由兩個(gè)運(yùn)算放大器級(jí)聯(lián)構(gòu)成，反饋放大器為不平衡輸入、平衡輸出。本發(fā)明具有高頻通道工作和高低頻通道同時(shí)工作兩種模式，兩種模式的選擇由雙刀雙擲開關(guān)控制，雙刀雙擲開關(guān)的控制信號(hào)由磁傳感器的用戶設(shè)備接收機(jī)提供；A.當(dāng)工作起始頻率較高時(shí)，如頻率從360Hz開始時(shí)，可選擇高頻通道工作模式，雙刀雙擲開關(guān)處于常閉觸點(diǎn)閉合狀態(tài)，此時(shí)一是運(yùn)算放大器只對(duì)高頻通道信號(hào)進(jìn)行放大，二是低頻通道處于不工作狀態(tài)，電路的功耗較小。當(dāng)電路處于高頻通道工作模式時(shí)，電路通道傳遞函數(shù)為Famp in Famp in = Fsensor Famp inl Famp in3,(I)其中感應(yīng)線圈傳遞函數(shù)為Fsmsm，高頻通道放大電路傳遞函數(shù)為Famp inl，運(yùn)算放大器傳遞函數(shù)為Fanip in3 ；B.當(dāng)工作起始頻率較低時(shí)，如頻率從0.00025Hz開始時(shí)，選擇高低頻通道同時(shí)工作模式，雙刀雙擲開關(guān)處于常開觸點(diǎn)閉合狀態(tài)，相對(duì)于高頻通道，一是引入了低頻通道，運(yùn)算放大器起到了對(duì)輸入的兩路信號(hào)進(jìn)行加法的作用，二是在高頻通道放大電路后引入了補(bǔ)償電容，此補(bǔ)償電容和第一輸入電阻構(gòu)成了一階高通濾波器，由于一階高通濾波器的作用，在極低頻段，主要由低頻通道放大電路起放大信號(hào)的作用，從而保證了在極低頻段時(shí)信號(hào)的低噪聲放大，提高了信噪比，同樣在較高頻段，主要由高頻通道放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行
放大，而在中間頻段，由于低通濾波器和高頻通道的一階高通濾波器的截止頻率相同，為360Hz，由運(yùn)算放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行加法放大，且信號(hào)放大時(shí)電路的增益和較低、較高頻段時(shí)相同；此時(shí)運(yùn)算放大器傳遞函數(shù)為Famp in3不變，設(shè)一階高通濾波器的傳遞函數(shù)為L(zhǎng)amp inl，一階低通濾波器的傳遞函數(shù)為L(zhǎng)anip in2，低頻通道放大電路傳遞函數(shù)為Fanip in2，此時(shí)有Fampin Fsensor (Fampinl ^ampinl^^ampir^ ^amp_in2^ ^'amp_in3 (2)Fampinl = Fampin2,(3)Lamp inl+Lamp in2 —I，(4)將(3)式和⑷式代入⑵式，仍然得到⑴式，這說(shuō)明在進(jìn)行斬波后放大、并且信號(hào)恢復(fù)后，采用高低頻兩通道同時(shí)工作模式，其增益和單獨(dú)用高頻通道工作模式一樣，結(jié)合負(fù)反饋技術(shù)，使得磁傳感器工作在靠近諧振頻率兩側(cè)大部分頻率區(qū)域中，并且不管其在高低頻兩通道同時(shí)工作模式或是高頻通道工作模式時(shí)，傳輸系統(tǒng)均表現(xiàn)為光滑的頻率響應(yīng)；當(dāng)磁傳感器工作在極低頻段時(shí)，受感應(yīng)線圈諧振曲線的影響，幅頻特性表現(xiàn)為上升的曲線，但由于采用了斬波技術(shù)，其噪聲大大地降低了，從而提高了磁傳感器在極低頻段工作時(shí)檢測(cè)靈敏度；磁傳感器工作在高頻段時(shí)，同樣受感應(yīng)線圈諧振曲線的影響，其幅頻特性表現(xiàn)為下降的曲線，但此時(shí)曲線已處于設(shè)定工作頻率以外；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在極低頻段的低噪聲放大，在感應(yīng)線圈諧振頻率兩側(cè)較寬頻域具有平坦的幅頻特性以及線性相位，提高了在極低頻段的檢測(cè)精度，極大地拓展了磁傳感器的應(yīng)用頻率范圍。


圖I為本發(fā)明的實(shí)施例組成示意圖；圖2為感應(yīng)線圈示意圖；圖3為高頻通道放大電路中第一差分放大電路示意圖；圖4為高頻通道放大電路中第二差分放大電路示意圖；圖5為基準(zhǔn)電壓生成電路不意圖；圖6為低頻通道放大電路中平衡混頻斬波器級(jí)聯(lián)第三差分放大電路示意圖7為低頻通道放大電路中第四差分放大電路級(jí)聯(lián)電子開關(guān)示意圖；圖8為低通濾波器示意圖；圖9為反饋電路示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明如圖I所示，本發(fā)明的實(shí)施例，包括感應(yīng)線圈、高頻通道放大電路、低頻通道放大電路、低通濾波器、運(yùn)算放大器U1、電壓跟隨器U2和反饋電路，所述感應(yīng)線圈的感應(yīng)信號(hào)輸入端接收磁感應(yīng)信號(hào)，感應(yīng)線圈的輸出信號(hào)分別送到
高頻通道放大電路輸入端和低頻通道放大電路輸入端，高頻通道放大電路輸出端通過(guò)補(bǔ)償電容連接雙刀雙擲開關(guān)中第一開關(guān)Kl的常開觸點(diǎn)，高頻通道放大電路輸出端同時(shí)連接雙刀雙擲開關(guān)中第一開關(guān)Kl的常閉觸點(diǎn)；低頻通道放大電路輸出端通過(guò)低通濾波器連接雙刀雙擲開關(guān)中第二開關(guān)K2的常開觸點(diǎn)，所述第二開關(guān)K2的常閉觸點(diǎn)接地；所述第一開關(guān)Kl的中心觸點(diǎn)通過(guò)第一輸入電阻Rl連接運(yùn)算放大器的反相輸入端，所述第二開關(guān)K2的中心觸點(diǎn)通過(guò)第二輸入電阻R2連接運(yùn)算放大器的反相輸入端，運(yùn)算放大器的同相輸入端通過(guò)接地電阻R3接地，運(yùn)算放大器的輸出端連接電壓跟隨器的同相輸入端，運(yùn)算放大器的輸出端通過(guò)反饋電阻R4連接運(yùn)算放大器的反相輸入端；運(yùn)算放大器的輸出端同時(shí)通過(guò)反饋電路連接所述感應(yīng)線圈的感應(yīng)信號(hào)輸入端；電壓跟隨器的輸出端連接電壓跟隨器的反相輸入端。 所述感應(yīng)線圈的電感量為280H ；所述高頻通道放大電路，由第一差分放大電路和第二差分放大電路級(jí)聯(lián)組成，第一差分放大電路的增益為40dB，噪聲系數(shù)小于4dB，第二差分放大電路增益為24dB ；所述低頻通道放大電路，由平衡混頻斬波器、第三差分放大電路、第四差分放大電路和電子開關(guān)級(jí)聯(lián)組成，平衡混頻斬波器和電子開關(guān)的開關(guān)頻率相同，均為3. 9kHz，第三差分放大電路的增益為40dB，噪聲系數(shù)小于4dB，第四差分放大電路增益為24dB ；所述低通濾波器為一階有源低通濾波器，截止頻率為360Hz ；所述反饋電路，由反饋放大器和反饋線圈級(jí)聯(lián)組成，反饋放大器增益可調(diào)節(jié)，為-10dB，反饋線圈用漆包線繞制在感應(yīng)線圈外表面，電感量為0. 35H ；所述電壓跟隨器為同相輸入電壓跟隨器。本實(shí)施例中，運(yùn)算放大器為美國(guó)RB公司的運(yùn)算放大器0PA2227，增益為10dB，電壓跟隨器為美國(guó)AD公司的運(yùn)算放大器AD822。如圖2所示，本實(shí)施例的感應(yīng)線圈的電感量為280H，感應(yīng)線圈由磁芯I、線圈骨架2和線圈3構(gòu)成，磁芯為非晶鐵鈷鎳材料，導(dǎo)磁率為150000 200000，所述線圈骨架套在磁芯中間段，線圈骨架2包括10個(gè)長(zhǎng)度均勻的繞線槽，線圈3在各繞線槽中分段均勻繞制，總匝數(shù)約為20000匝，線徑為0. 4_，在線圈的中點(diǎn)，也即繞制圈數(shù)的一半處，引出中心觸點(diǎn)，用于連接地電位，兩邊抽頭分別作為感應(yīng)線圈的差分輸出端。如圖3所示，第一差分放大電路包括兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管Jl、J2和兩個(gè)運(yùn)算放大器U3、U4，兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的柵極分別連接所述感應(yīng)線圈兩端，兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的漏極分別通過(guò)偏置電路連接第一基準(zhǔn)電壓VI，兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的漏極分別連接兩個(gè)運(yùn)算放大器的反相輸入端，兩個(gè)運(yùn)算放大器的同相輸入端連接第二基準(zhǔn)電壓V2，兩個(gè)運(yùn)算放大器的輸出端分別通過(guò)隔直電容C4、C5連接所述第二差分放大電路的輸入端，兩個(gè)運(yùn)算放大器的輸出端之間串聯(lián)三個(gè)取樣電阻R9、RIO、Rll ;兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的源極分別連接所述三個(gè)取樣電阻的中間取樣電阻RlO兩立而；圖3中，場(chǎng)效應(yīng)管Jl和J2為日本TOSHIBA公司場(chǎng)效應(yīng)管2SK170，運(yùn)算放大器U3和U4為美國(guó)BB公司的運(yùn)算放大器0PA2227 ;電阻R5、R6和電容C2構(gòu)成場(chǎng)效應(yīng)管Jl的偏置電路，電阻R7、R8和C3構(gòu)成場(chǎng)效應(yīng)管J2的偏置電路。如圖4所示，第二差分放大電路為平衡輸入、不平衡輸出差分放大電路，由運(yùn)算放大器U5和電阻R12、R13、R14、R15構(gòu)成，運(yùn)算放大器U5為美國(guó)BB公司的運(yùn)算放大器0PA2227，電阻R12和R14阻值相等，R13和R15阻值相等。所述第一差分放大電路的第一基準(zhǔn)電壓和第二基準(zhǔn)電壓由基準(zhǔn)電壓生成電路產(chǎn)
生，如圖5所示，所述基準(zhǔn)電壓生成電路由輸入分壓電路、電壓跟隨器U15和輸出穩(wěn)壓電路級(jí)聯(lián)組成，電壓跟隨器U16的同相輸入端連接輸入分壓電路的輸出端，電壓跟隨器U16的輸出端連接電壓跟隨器的反相輸入端和輸出穩(wěn)壓電路，同時(shí)輸出第一基準(zhǔn)電壓VI，輸出穩(wěn)壓電路的輸出端輸出第二基準(zhǔn)電壓V2 ;輸入分壓電路輸入為電壓跟隨器U16的正電源。電壓跟隨器U16為美國(guó)AD公司的運(yùn)算放大器AD8628，輸入分壓電路由電阻R42、R43和電容C14組成；輸出穩(wěn)壓電路由穩(wěn)壓二極管D1、電容C15和電阻R44組成；穩(wěn)壓二極管Dl為4. 2V穩(wěn)壓二極管，第一基準(zhǔn)電壓Vl為9. 6V,第二基準(zhǔn)電壓V2為5. 4V。圖6為低頻通道放大電路中平衡混頻斬波器級(jí)聯(lián)第三差分放大電路示意圖；所述平衡混頻斬波器U6為雙平衡混頻器，平衡混頻斬波器U6為美國(guó)Calogic公司的平衡混頻器芯片SD54000，包括四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管模擬開關(guān)；所述平衡混頻器芯片SD54000的第I腳和第14連接感應(yīng)線圈的一端，第7腳和第8腳連接感應(yīng)線圈的另一端，第6腳和第12腳輸入第一本振信號(hào)，第3腳和第9腳輸入第二本振信號(hào)，第一本振信號(hào)和第二本振信號(hào)由接收機(jī)提供，第2腳接地，第10腳和第11腳連接場(chǎng)效應(yīng)管J3的柵極，第4腳和第5腳連接場(chǎng)效應(yīng)管J4的柵極，第13腳懸空；所述第三差分放大電路結(jié)構(gòu)和所述第一差分放大電路結(jié)構(gòu)完全相同，第三差分放大電路包括兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管J3、J4和兩個(gè)運(yùn)算放大器U7、U8，兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的柵極分別連接所述平衡混頻斬波器的兩輸出端，兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的漏極分別通過(guò)偏置電路連接第一基準(zhǔn)電壓VI，兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的漏極分別連接兩個(gè)運(yùn)算放大器的反相輸入端，兩個(gè)運(yùn)算放大器的同相輸入端連接第二基準(zhǔn)電壓V2，兩個(gè)運(yùn)算放大器的輸出端分別通過(guò)隔直電容C8、C9連接所述第四差分放大電路的輸入端，兩個(gè)運(yùn)算放大器的輸出端之間串聯(lián)三個(gè)取樣電阻R20、R21、R22 ;兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的源極分別連接所述三個(gè)取樣電阻的中間取樣電阻R21兩端；圖6中，場(chǎng)效應(yīng)管J3和J4為日本TOSHIBA公司場(chǎng)效應(yīng)管2SK170，運(yùn)算放大器U7和U8為美國(guó)BB公司的運(yùn)算放大器0PA2227 ；電阻R16、R17和電容C6構(gòu)成場(chǎng)效應(yīng)管J3的偏置電路，電阻R18、R19和電容C7構(gòu)成場(chǎng)效應(yīng)管J4的偏置電路，電阻R16和R19阻值相等，電阻R17和R18阻值相等，取樣電阻R20和R22阻值相等，電容C6和C7容值相等，電容C8和C9容值相等。圖7為低頻通道放大電路中第四差分放大電路級(jí)聯(lián)電子開關(guān)示意所述第四差分放大電路為平衡輸入、平衡輸出差分放大電路，由兩個(gè)運(yùn)算放大器U9、UlO以及外圍電路的電阻R23 R29、電容CIO、Cll構(gòu)成；運(yùn)算放大器U9和UlO為BB公司的運(yùn)算放大器0PA2227，電阻R23和R24阻值相等，電阻R25和R26阻值相等，電阻R27和R29阻值相等，電容ClO和Cll容值相等；所述電子開關(guān)Ul I為平衡輸入、不平衡輸出電子開關(guān)，米用美國(guó)Maxim公司的模擬電子開關(guān)芯片MAX4527。模擬電子開關(guān)芯片MAX4527的第I腳連接第四差分放大電路的電容C10，第2腳連接第四差分放大電路的電容C11，第3腳接地，第4腳輸入第一本振信號(hào)，第5腳連接正電源，第8腳連接負(fù)電源，第6腳連接低通濾波器的電阻R30，第7腳連接低通濾波器的電阻R31。如圖8所示，本實(shí)施例中，低通濾波器為一階有源低通濾波器，截止頻率為360Hz ；由兩個(gè)運(yùn)算放大器U12、U13以及外圍電路的電阻R30 R35、電容C10、C11構(gòu)成；U12和U13為AD公司運(yùn)算放大器0P2177，電阻R30和R31阻值相等，電阻R34和R35阻值相等，電阻R32和R33阻值相等，電容C12和C13容值相等；如圖9所示，所述反饋電路中，所述反饋放大器由兩個(gè)運(yùn)算放大器U14、U15級(jí)聯(lián)以及電阻R36 R41構(gòu)成，反饋放大器為不平衡輸入、平衡輸出；U14和U15為AD公司運(yùn)算放大器0P2177，圖中電阻R38和R39阻值相等，電阻R40和R41阻值相等，電路增益為_10dB，其輸出接反饋線圈。
權(quán)利要求
1.一種寬帶磁性傳感器，包括感應(yīng)線圈、高頻通道放大電路、低頻通道放大電路、低通濾波器、運(yùn)算放大器、電壓跟隨器和反饋電路，其特征在于 所述感應(yīng)線圈的感應(yīng)信號(hào)輸入端接收磁感應(yīng)信號(hào)，感應(yīng)線圈的輸出信號(hào)分別送到高頻通道放大電路輸入端和低頻通道放大電路輸入端，高頻通道放大電路輸出端通過(guò)補(bǔ)償電容連接雙刀雙擲開關(guān)中第一開關(guān)(Kl)的常開觸點(diǎn)，高頻通道放大電路輸出端同時(shí)連接雙刀雙擲開關(guān)中第一開關(guān)(Ki)的常閉觸點(diǎn)；低頻通道放大電路輸出端通過(guò)低通濾波器連接雙刀雙擲開關(guān)中第二開關(guān)(K2)的常開觸點(diǎn)，所述第二開關(guān)(K2)的常閉觸點(diǎn)接地；所述第一開關(guān)(Kl)的中心觸點(diǎn)通過(guò)第一輸入電阻(Rl)連接運(yùn)算放大器的反相輸入端，所述第二開關(guān)(K2)的中心觸點(diǎn)通過(guò)第二輸入電阻(R2)連接運(yùn)算放大器的反相輸入端，運(yùn)算放大器的同相輸入端通過(guò)接地電阻(R3)接地，運(yùn)算放大器的輸出端連接電壓跟隨器的同相輸入端，運(yùn)算放大器的輸出端通過(guò)反饋電阻(R4)連接運(yùn)算放大器的反相輸入端；運(yùn)算放大器的輸出端同時(shí)通過(guò)反饋電路連接所述感應(yīng)線圈的感應(yīng)信號(hào)輸入端；電壓跟隨器的輸出端連接電壓跟隨器的反相輸入端； 所述感應(yīng)線圈的電感量為200H 350H ； 所述高頻通道放大電路，由第一差分放大電路和第二差分放大電路級(jí)聯(lián)組成，第一差分放大電路的增益為35dB 45dB，噪聲系數(shù)小于4dB，第二差分放大電路增益為15dB 25dB ； 所述低頻通道放大電路，由平衡混頻斬波器、第三差分放大電路、第四差分放大電路和電子開關(guān)級(jí)聯(lián)組成，平衡混頻斬波器和電子開關(guān)的開關(guān)頻率相同，均為2kHz 9kHz，由磁傳感器的用戶設(shè)備接收機(jī)決定，第三差分放大電路的增益為35dB 45dB，噪聲系數(shù)小于4dB，第四差分放大電路增益為15dB 25dB ； 所述低通濾波器為ー階有源低通濾波器，截止頻率為300Hz 500Hz ； 所述反饋電路，由反饋放大器和反饋線圈級(jí)聯(lián)組成，反饋放大器増益可調(diào)節(jié)，為-IOdB -15dB，反饋線圈用漆包線繞制在感應(yīng)線圏外表面，電感量為O. 3H O. 6H ; 所述電壓跟隨器為同相輸入電壓跟隨器。
2.如權(quán)利要求I所述的寬帶磁性傳感器，其特征在于 所述感應(yīng)線圈由磁芯、線圈骨架和線圈構(gòu)成，所述磁芯為非晶鐵鈷鎳材料，導(dǎo)磁率為150000 200000，所述線圈骨架套在磁芯中間段，線圈骨架包括多個(gè)長(zhǎng)度均勻的繞線槽，線圈在各繞線槽中分段均勻繞制； 所述反饋電路中，反饋線圈匝數(shù)為30 50匝，均勻繞制在感應(yīng)線圏外表面。
3.如權(quán)利要求I所述的寬帶磁性傳感器，其特征在于 所述高頻通道放大電路中，所述第一差分放大電路包括兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管和兩個(gè)運(yùn)算放大器，兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的柵極分別連接所述感應(yīng)線圈兩端，兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的漏極分別通過(guò)偏置電路連接第一基準(zhǔn)電壓，兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的漏極分別連接兩個(gè)運(yùn)算放大器的反相輸入端，兩個(gè)運(yùn)算放大器的同相輸入端連接第二基準(zhǔn)電壓，兩個(gè)運(yùn)算放大器的輸出端分別通過(guò)隔直電容連接所述第二差分放大電路的輸入端，兩個(gè)運(yùn)算放大器的輸出端之間串聯(lián)三個(gè)取樣電阻；兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的源極分別連接所述三個(gè)取樣電阻的中間取樣電阻兩端； 所述第二差分放大電路為平衡輸入、不平衡輸出差分放大電路。
4.如權(quán)利要求3所述的寬帶磁性傳感器，其特征在于所述第一差分放大電路的第一基準(zhǔn)電壓和第二基準(zhǔn)電壓由基準(zhǔn)電壓生成電路產(chǎn)生，所述基準(zhǔn)電壓生成電路由輸入分壓電路、電壓跟隨器和輸出穩(wěn)壓電路級(jí)聯(lián)組成，電壓跟隨器的同相輸入端連接輸入分壓電路的輸出端，電壓跟隨器的輸出端連接電壓跟隨器的反相輸入端和輸出穩(wěn)壓電路，同時(shí)輸出第一基準(zhǔn)電壓，輸出穩(wěn)壓電路的輸出端輸出第二基準(zhǔn)電壓；輸入分壓電路輸入為電壓跟隨器的正電源。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的寬帶磁性傳感器，其征在于 所述低頻通道放大電路中，所述平衡混頻斬波器為雙平衡混頻器，所述第三差分放大電路結(jié)構(gòu)和所述第一差分放大電路結(jié)構(gòu)完全相同，區(qū)別僅在于兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的柵極分別連接所述平衡混頻斬波器的兩輸出端，兩個(gè)運(yùn)算放大器的輸出端分別通過(guò)隔直電容連接所述第四差分放大電路的輸入端； 所述第四差分放大電路為平衡輸入、平衡輸出差分放大電路； 所述電子開關(guān)為平衡輸入、不平衡輸出電子開關(guān)。
6.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的寬帶磁性傳感器，其征在于 所述反饋電路中，所述反饋放大器由兩個(gè)運(yùn)算放大器級(jí)聯(lián)構(gòu)成，反饋放大器為不平衡輸入、平衡輸出。
7.如權(quán)利要求5所述的寬帶磁性傳感器，其征在于 所述反饋電路中，所述反饋放大器由兩個(gè)運(yùn)算放大器級(jí)聯(lián)構(gòu)成，反饋放大器為不平衡輸入、平衡輸出。
全文摘要
一種寬帶磁性傳感器，屬于感應(yīng)式磁傳感器，解決現(xiàn)有磁傳感器在極低頻段噪聲過(guò)大的問(wèn)題。本發(fā)明包括感應(yīng)線圈、高頻通道放大電路、低頻通道放大電路、低通濾波器、運(yùn)算放大器、電壓跟隨器和反饋電路，感應(yīng)線圈輸出信號(hào)分別送到高、低頻通道放大電路，高頻通道放大電路輸出端連接第一開關(guān)；低頻通道放大電路輸出端通過(guò)低通濾波器連接第二開關(guān)；第一、第二開關(guān)中心觸點(diǎn)分別通過(guò)第一、第二輸入電阻連接運(yùn)算放大器反相輸入端，運(yùn)算放大器輸出端連接電壓跟隨器，并通過(guò)反饋電路連接感應(yīng)線圈的感應(yīng)信號(hào)輸入端。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在極低頻段的低噪聲放大，在感應(yīng)線圈諧振頻率兩側(cè)較寬頻域具有平坦的幅頻特性及線性相位，極大拓展了磁傳感器應(yīng)用頻率范圍。
文檔編號(hào)G01V3/10GK102854535SQ20121030394
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者周志宇, 范育兵, 李文彬, 劉謀榮 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二二研究所