智能磁傳感器和基于智能磁傳感器的車輛檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及弱磁場測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種智能磁傳感器，用于該智能磁傳感器的探頭、以及基于該智能磁傳感器的車輛檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明屬于弱磁場測量技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明涉及一種智能弱磁磁場探測傳感器和一種緩變和瞬變磁場探測方法，具體涉及一種巨磁阻抗非晶絲傳感器以及一種基于非晶絲巨磁磁阻抗效應(yīng)的可用于車輛檢測、鐵磁性工程結(jié)構(gòu)物應(yīng)力檢測，鋼絞線斷絲檢測等領(lǐng)域的磁傳感器。
[0003]現(xiàn)階段，新型傳感器逐漸向著微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，它不僅促進了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可能導(dǎo)致建立新型工業(yè)，是21世紀(jì)新的經(jīng)濟增長點。
[0004]但是，目前已有的利用非晶絲磁阻抗技術(shù)的磁阻抗傳感器存在許多問題，例如，使用脈沖信號作為激勵信號，這種信號對電路存在沖擊，噪音大，可選激勵信號波形種類有限。而且，現(xiàn)有技術(shù)的非晶絲磁阻抗傳感器通過對纏繞在非晶絲上的線圈通電而對非晶絲施加偏置磁場，這種偏置磁場會對測量磁場產(chǎn)生影響，由于這種偏置磁場施加于非晶絲的軸向，會阻止環(huán)形磁疇的圓周方向磁化，在一定程度上阻礙了磁場測量靈敏度的提高，削弱了非晶絲的磁阻抗效應(yīng)。此外，為了對采樣信號進行放大，通常會在信號處理電路中設(shè)置放大電路，這不僅增加了電路的復(fù)雜性和傳感器的成本，而且放大效果也不理想。
[0005]現(xiàn)有的在智能交通中，地球磁場范圍內(nèi)的磁感應(yīng)技術(shù)也得到充分的應(yīng)用，這些都應(yīng)用側(cè)重于在地磁場環(huán)境下的車輛檢測。當(dāng)車輛接近磁傳感車輛檢測器檢測區(qū)域時，檢測區(qū)域的磁力線受擠壓而集合，當(dāng)車輛將要通過檢測區(qū)域時，檢測區(qū)域的磁力線進一步收縮，當(dāng)車輛通過檢測區(qū)域時，磁力線受牽拉而沿中心發(fā)散。利用這些特點傳感器可以捕捉車輛接近、通過或遠離，從而實現(xiàn)對車輛的實時檢測。
[0006]CN200810181901X中公開了一種微磁傳感器，利用非晶絲的磁阻效應(yīng)和電磁關(guān)系原理，將磁場信息轉(zhuǎn)變成電訊號進行測量，但傳感器通過次敏感器件的偏置電流和激勵電流共同起作用，而偏置電流能夠產(chǎn)生較高的溫飄從而影響檢測結(jié)果。
[0007]CN201110055819公開了一種交通信息檢測系統(tǒng)，其中圖釘結(jié)構(gòu)傳感器是利用磁敏感材料-非晶絲的據(jù)此阻抗變化來檢測車輛通過時其擾動地磁場的變化，動態(tài)參數(shù)采用脈沖供電形式，由此產(chǎn)生的問題為功耗較大，功率較小，且通過脈沖供電形式進行參數(shù)采集在實施過程中并不準(zhǔn)確，由于峰值持續(xù)時間小，而設(shè)備啟動需要有時間差，因此無法精確采集到峰值，并且檢測距離較短，由此需用傳感器的數(shù)量較多，耗費大量成本。
[0008]因此，研制一種智能化的高精度磁傳感器，就成為了現(xiàn)在工程應(yīng)用中的焦點之一，而針對弱磁檢測領(lǐng)域，本發(fā)明提到的巨磁阻抗智能磁敏傳感器可以有效適應(yīng)弱磁場檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]磁傳感器就是把磁場、電流、應(yīng)力應(yīng)變、溫度、光等引起敏感元件磁性能的變化轉(zhuǎn)換成電信號，以這種方式來檢測相應(yīng)物理量的器件。在磁場檢測中，由于磁場的面積、體積、縫隙大小等都是有限面積(尺寸)，因此我們希望磁敏元件之面積與被測磁場面積相比也應(yīng)該是越小越準(zhǔn)確。在磁場成像的技術(shù)中，元件體積越小，在相同的面積內(nèi)采集的像素就愈多。分辨率、清晰度越高。在表面磁場測量與多級磁體的檢測中，在磁柵尺中，必然有如此要求。從磁敏元件工作機理看，為提高靈敏度在幾何形狀處于磁場中的幾何尺寸都有相應(yīng)要求。
[0010]磁場測量在生產(chǎn)科研各領(lǐng)域是一個重要問題。隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，在國防、汽車電子、機器人技術(shù)、生物工程、自動化控制等領(lǐng)域需要一些微型或小型的、高性能、高靈敏度且響應(yīng)速度快的磁場傳感器來檢測相關(guān)參數(shù)，例如磁場信息、轉(zhuǎn)速、位移等等。目前，常規(guī)的磁場傳感器有:霍爾效應(yīng)(Hal I)磁場傳感器、各向異性磁電阻(AMR)磁場傳感器、巨磁電阻(GMR)磁場傳感器、磁通門(Fluxgate)傳感器等等。但是，上述磁場傳感器都有一定的缺陷。例如，霍爾效應(yīng)磁場傳感器雖然是目前應(yīng)用最為廣泛的磁場傳感器，但其輸出信號變化小，靈敏度低，測量磁場時還有一定的磁場方向各向異性，適用于中強磁場測量；各向異性磁電阻(AMR)磁場傳感器的磁阻變化率大小只有2% _4%，其磁場靈敏度小于1% /0e，制造設(shè)備復(fù)雜；巨磁電阻(GMR)傳感器的磁阻變化率雖然可以達到80%以上，可獲得較高信號輸出，但其磁場靈敏度仍然較低；磁通門傳感器對線圈繞制的要求特別精確，信號處理要求較高。而且上述傳感器的電路太過復(fù)雜，成本較高。在較高要求的應(yīng)用領(lǐng)域中，尤其在智能交通、水陸交通流量監(jiān)測、車型與船型檢測、車輛間隔與車速檢測、車位及泊位檢測與引導(dǎo)等通過探測磁場擾動的變化實現(xiàn)報警與信息監(jiān)控的場合、公共安全防范、隱蔽性周界的建立、航空、航天、航海領(lǐng)域等場合下，上述磁場傳感器由于磁場探測分辨率低、探測距離近、響應(yīng)速度慢、體積大、功耗高、溫度穩(wěn)定性差、方向性差、布線繁瑣、或維護困難而不能滿足實際應(yīng)用對微弱磁場快速測定的要求。
[0011]巨磁磁阻抗效應(yīng)是指材料在高頻交變電流的激勵下，交流阻抗隨外加磁場強度的變化而迅速變化的現(xiàn)象。高精度、高性能的傳感器制備要以質(zhì)量優(yōu)異、性能卓越的傳感器材料為基礎(chǔ)，非晶態(tài)材料是目前發(fā)現(xiàn)的微磁敏感性能最好的材料之一，在巨磁阻抗傳感器的應(yīng)用中具有得天獨厚的優(yōu)勢。
[0012]非晶絲磁阻抗傳感器的工作原理是:利用非晶絲的磁阻抗效應(yīng)，通過對非晶絲施以一定頻率的激勵，使非晶絲成為磁阻抗變化的載體。當(dāng)外部磁場發(fā)生變化時，非晶絲的磁阻抗也隨之變化，繞在非晶絲上的信號采樣線圈隨即感應(yīng)出相應(yīng)的電壓信號。由此，該電壓信號就與此時外部磁場的強弱形成了明確的對應(yīng)關(guān)系。通過測量此電壓信號，就可以測量外部磁場的強弱和大小。
[0013]在上述現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出了智能磁傳感器的技術(shù)方案，該技術(shù)方案可以廣泛的適用于各類高精度的磁場檢測應(yīng)用中，例如地磁場擾動等等。本發(fā)明提出了以下的具體技術(shù)方案:
[0014]一種智能磁傳感器，包括MCU電路、GMI檢測單元、補償電路、檢測電路和管理電路；所述GMI檢測單元與所述補償電路、檢測電路連接，所述管理電路分別與所述補償電路、檢測電路、MCU電路連接；其特征在于:所述GMI檢測單元用于檢測磁信號，所述補償電路用于對GMI檢測單元所檢測到的磁信號進行磁補償，所述檢測電路用于檢測出所述GMI檢測單元所處的環(huán)境磁場；
[0015]所述管理電路用于GMI檢測單元所檢測出的磁信號的放大處理，并對補償電路和檢測電路進行管理；所述MCU電路用于控制管理電路，實現(xiàn)管理電路對所述GMI檢測單元、補償電路和檢測電路的管理控制。
[0016]優(yōu)選的，所述GMI檢測單元進一步包括:測頭單元、電源輸入模塊、保護接地模塊、信號輸出模塊；所述GMI檢測單元，用于實現(xiàn)對緩變或瞬變磁場的信號探測；其中，所述測頭單元，用于感測當(dāng)前的緩變或瞬變磁環(huán)境、并獲取對應(yīng)的磁信號。
[0017]優(yōu)選的，所述測頭單元包括非晶絲焊盤、導(dǎo)體焊盤、導(dǎo)線、非晶絲、繞線軸和骨架，所述測頭單元采用MEMS工藝封裝。
[0018]優(yōu)選的，所述非晶絲對稱通過繞線軸中心與非晶絲焊盤焊接；所述導(dǎo)線纏繞在繞線軸上構(gòu)成激勵線圈和檢測線圈，并與導(dǎo)體焊盤焊接。
[0019]優(yōu)選的，所述導(dǎo)線為金屬導(dǎo)線，所述金屬優(yōu)選為銅、鋁或銀；所述骨架設(shè)置成啞鈴、矩形或者菱形的形狀，制造材料優(yōu)選為LCP材料。
[0020]優(yōu)選的，所述檢測電路包括磁異常檢出電路、磁檢出線圈、檢出放大電路、溫度補償電路；所述磁異常檢出電路與磁檢出線圈連接，以檢測磁場變化；所述溫度補償電路與磁異常檢出電路連接，并根據(jù)磁異常檢出電路的輸出進行溫度補償，并將補償量反饋給磁異常檢出電路；溫度補償電路將溫度補償后的輸出值輸出給檢出放大電路，所述檢出放大電路將放大后的檢出值傳輸給補償電路。
[0021 ] 優(yōu)選的，所述補償電路包括磁補償線圈、磁共振驅(qū)動電路、激勵振蕩器；所述磁補償線圈設(shè)置在非晶絲外側(cè)，所述非晶絲分別與磁共振驅(qū)動電路、激勵振蕩器連接，所述激勵振蕩器與所述磁共振驅(qū)動電路連接。
[0022]優(yōu)選的，所述磁補償線圈、磁檢出線圈分別串接一電容器，以隔離直流電流或交流電流。
[0023]優(yōu)選的，所述非晶絲采用Co-Fe-M-S1-B非晶絲材料制成，所述非晶絲外層包覆一層玻璃。
[0024]優(yōu)選的，所述非晶絲采用Co-Fe-M-S1-B非晶絲材料，其響應(yīng)速度小于10納秒，靈敏度高(滿量程輸出100mV左右)、長度小于5毫米，直徑范圍為:30微米-100微米。
[0025]本發(fā)明還提供了一種磁傳感器探頭，所述探頭包括非晶絲焊盤、導(dǎo)體焊盤、導(dǎo)線、非晶絲、繞線軸和骨架；其特征在于:所述骨架中間段設(shè)置為繞線軸，骨架兩端分別設(shè)置有端頭，所述繞線軸截面積小于端頭截面積；在所述