[发明专利]一种时间差型磁通门传感器及时间差读取方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种时间型磁通门传感器，尤其是通过激励信号和感应信号联合读取磁饱和时间方式，并且通过峰值检测电路对感应信号脉冲峰值进行定位，读取激励信号幅度为零时刻和感应信号脉冲峰值之间的时间差进行磁场测量的磁通门传感器及时间差读取方法。

背景技术：

磁通门传感器因其体积小、重量轻、功耗低、制造成本低廉等优势，在地磁观测、空间磁场测量、地质勘探等地球物理学领域应用广泛，取得了一系列成果。近年来，偶次谐波型磁通门在检测时由于受奇次谐波干扰、电路复杂和需要双轴严格对称等问题，发展速度缓慢。时间差型磁通门，利用软磁材料磁芯的磁滞饱和现象，通过感应信号脉冲之间的时间差与被测磁场的对应关系进行检测，具有检测环节简单、抗干扰能力强等优点。然而感应信号叠加噪声干扰，使得传统时间差型磁通门读取时间差时存在不确定性，严重影响磁通门测量的准确程度。为了弥补上述不足，拓展我国时间差型磁通门传感器的研究领域，提出了一种时间差型磁通门传感器及时间差读取方法，当存在被测磁场时，软磁材料磁芯达到饱和状态时间会发生变化，利用激励信号和感应信号联合读取时间差即磁饱和时间，对被测磁场进行检测。

CN101545958A公开的《双向磁饱和时间差磁通门传感器》和CN103941200A公开的《梯形波激励的变灵敏度式时间差型磁通门传感器及数据处理方法》均未涉及利用激励信号和感应信号联合读取时间差的方法，并对其进行研究，提出了一种使用激励信号幅度为零时刻与感应信号脉冲时刻之间的时间差读取磁饱和时间作为检测量，测量被测磁场的一种时间差型磁通门传感器。感应信号脉冲的峰值与磁芯的磁饱和状态相对应，由于利用峰值点之间的迟滞时间差(Residence Times Difference，RTD)进行测量，通过调节门限电压捕捉定位脉冲信号的峰值点会受到噪声因素的干扰，并且磁芯材料本身含有磁噪声，精准定位峰值点比较困难。采用整形门限值略低于感应信号峰值的办法对时间差进行检测。虽然能避免寻找峰值点带来的误差，但是感应信号噪声对读取时间差所带来的影响没有减少。为了减小噪声对感应信号的影响，提出了多种滤波方法来降低噪声，虽然可以滤除一些谐波成分，但该方法主要是以检测信号幅度为目的，滤波后信号会出现一定程度的畸变，应用在时间差检测中，存在一定的局限性。

当激励磁场固定后，外界被测目标磁场增大到一定值时，磁滞回线发生改变，激励信号通过敏感元件输出的感应信号脉冲峰值之间不仅会产生较大的时间差，还会减小输出信号的幅度，当采用感应信号脉冲整形的方法读取时间差时，整形门限的设定需要随被测磁场的变化而变化，或者在不用考虑被测磁场大小的情况下，利用自适应放大使感应信号输出相同的幅度。由于测量磁场时感应信号幅度会发生变化，增加了检测电路的复杂程度及时间差读取的响应时间。

CN103336252A公开的《迟滞时间差型磁通门传感器信号检测方法》提出了一种迟滞时间差型磁通门传感器信号检测方法，用于解决现有磁通门传感器信号检测方法依赖阈值选取致使检测精度难以保证的技术问题。采用感应信号正负脉冲附近的数据点进行拟合，得到脉冲正峰值与负脉冲峰值在时间轴上的位置计算迟滞时间差，从而得到被测磁场强度。

CN102944853A公开的《一种利用噪声驱动的磁通门传感器精密测量磁场的方法》运用噪声作为输入源在磁通门传感器中的非线性效应实现对磁场的传感检测，通过感应电动势测得一段时间内磁芯材料处于上饱和状态的累计时∑T_B+，处于下饱和状态的累计时间∑T_B-。将处于上饱和状态的累计时间∑T_B+与处于下饱和状态的累计时间∑T_B-相减，得到累计驻留时间差ΔT＝∑T_B+-∑T_B-。

CN105866713A公开的《状态反馈式自激励磁通门传感器》提出了一种通过状态反馈实现超高灵敏度磁场测量的自激励磁通门传感器，采用三个完全相同的磁通门单元通过单向环形拓扑耦合，通过状态反馈对传感器自我激励的幅度和频率进行调节，解决了磁通门传感器正常工作依赖外界激励信号才能正常工作，并且受到激励信号发生装置本身的稳定性和噪声影响的问题。