[实用新型]基于非晶态合金材料的磁场传感器的驱动电路

说明书

技术领域

本实用新型属于磁场传感器领域，特别是涉及一种基于非晶态合金材料的高灵敏度磁场传感器的驱动和信号采集电路。

背景技术

现有技术普遍使用单条(或多条并联)高导磁率非晶丝、非晶薄膜或非晶带作为磁芯，外绕有一个接收线圈或接收线圈+反馈补偿线圈的结构。通过在磁芯上流过一个高频交变电流或高频脉冲电流作为激励，并检测此时接收线圈上的电压信号来感测磁芯长度方向上的外加磁场，接收线圈上的电压信号大小与外加磁场的大小相对应。

现有技术存在以下不足：

1.在磁芯上流过一个激励电流时，该电流会在磁芯周围产生一个环绕电流流动方向的磁场，由于接收线圈和该磁场的磁感线不能做到完全平行，两者间存在一个很小的夹角，在激励电流接通或断开的瞬间，由激励电流产生的磁场变化会在接收线圈上产生感性耦合，从而在接收线圈上形成一个感应电压。该感应电压会叠加到最终的输出信号中，造成输出信号失真，并降低输出信号的信噪比。

2.在现有技术所采用的结构下，由于接收线圈和磁芯之间存在寄生电容，在磁芯上流过一个激励电流时，磁芯与接收线圈间会产生容性耦合，从而在接收线圈上形成一个耦合电压，该电压会叠加到最终的输出信号中，降低输出信号的信噪比甚至造成放大器输出的饱和。

3.由于非晶丝、非晶薄膜或非晶带磁芯自身的多磁畴结构特性，利用现有技术开发的磁场传感器均具有磁滞效应，即磁芯被外部磁场磁化后，传感器输出会发生偏移的现象。

4.现有技术采用的峰值电压采样电路使用模拟开关(或场效应晶体管)对接收线圈上的电压信号进行采样，由于模拟开关(或场效应晶体管)存在“电荷注入效应(Charge Injection Effect)”，即：随着模拟开关(或场效应晶体管)的打开或关断，少量电荷会从控制端通过电容耦合至采样信号中，并且电荷注的入量会随接收线圈上的电压信号大小而变化，这使得采样后的电压信号产生失真从而影响到传感器输出的线性度。

发明内容

发明目的：解决上述现有技术中存在的不足，提出一种基于非晶态合金材料的高灵敏度磁场传感器的驱动电路，以提高传感器输出信号的信噪比和线性度，消除磁滞效应。

技术方案：基于非晶态合金材料的磁场传感器的驱动电路，包括磁芯激励部分、磁芯重置部分、信号采样和放大部分、电源部分，如图10，

所述电源部分的VCC为直流电源，其电压范围为+1.8V～+12V；

所述磁芯激励部分由第一电阻R1，第一电容C1，第二开关SW2和第四电阻R4组成，第四电阻R4的一端连接磁场传感器E1的磁芯的上输入端子a，磁芯的下输入端子b接地；直流电源通过限流的第一电阻R1对第一电容C1进行充电，第一电阻R1起到限流和隔离的作用，以减小第一电容C1在充放电时对电源造成的压降影响；第四电阻R4起到限制磁芯电流的作用，目的在于防止磁芯上的电流过大；通过控制第二模拟开关或场效应晶体管的控制端子P2的高低电平可实现第二开关SW2的通断，从而控制磁芯的激励电流的通断；

所述磁芯重置部分由第二电阻R2，第二电容C2，第三电阻R3，二极管D1，第一开关SW1、第三开关SW3和第四开关SW4组成，第三开关SW3的一端连接磁场传感器E1的金属接收线圈的上输出端子c，第四开关SW4的一端连接金属接收线圈的下输出端子d；

所述信号采样和放大部分由第五开关SW5和第六开关SW6、第三电容C3和第四电容C4、第五电阻R5和第六电阻R6以及差分放大器或仪表放大器A1组成，所述第五开关SW5、第六开关SW6和第三电容C3、第四电容C4构成对称的采样电路结构，第五开关SW5的一端连接磁场传感器E1的金属接收线圈的上输出端子c，第六开关SW6的一端连接金属接收线圈的下输出端子d。

优选的，电源部分采用VCC为+5V的直流电源；

所述磁场传感器E1，包括绝缘基板1、高导磁率非晶丝、非晶薄膜或非晶带做成的磁芯2、非磁性导电金属3、结构对称的非磁性金属接收线圈4，在绝缘基板1上放置或加工偶数条上下平行且首尾相连、相互串联的磁芯2，每条磁芯2的左、右两端分别连接一段非磁性导电金属3；在串联的磁芯2外部缠绕有一个或一组结构对称的非磁性金属接收线圈4；磁芯的上输入端子a、下输入端子b分别连通传感器最上部、最下部两个磁芯2的某一端的非磁性导电金属3并位于传感器的一侧，而金属接收线圈的上输出端子c和下输出端子d相互靠近并位于传感器的另一侧，如图7或图8所示；