[发明专利]基于正反向激励的低磁滞TMR磁场测量装置

说明书

基于正反向激励的低磁滞TMR磁场测量装置，包括TMR磁阻传感器、差分转单端芯片、模拟开关、加法器、时钟模块、激励线圈。所述激励线圈缠绕在TMR磁阻传感器表面。所述TMR磁阻传感器信号输出端连接差分转单端芯片的输入端，差分转单端芯片的输出端连接模拟开关的引脚a，模拟开关的引脚b、引脚c分别连接储能电容C1一端、储能电容C2一端，储能电容C1一端、储能电容C2一端与加法器连接，模拟开关的引脚d连接时钟模块，时钟模块通过耦合电容C0连接激励线圈。本发明测量装置结构简单，并且能够有效抑制TMR传感器的磁滞，提高磁场测量的精度。

技术领域

本发明涉及磁场测量技术领域，具体涉及一种基于正反向激励的低磁滞TMR磁场测量装置。

背景技术

自20世纪以来，基于量子理论的磁电子学发展迅猛，各种磁性新理论、新材料快速发展，并迅速在信息存储、工业电子、科学探测等领域得到广泛的应用，其中以磁性敏感材料为基础所研制的各类磁阻传感器逐渐成为磁场测量领域中必不可少的组成部分。随着技术的进步，磁阻传感器的种类也不断得到改进和创新，现有的磁阻传感器大致可分为四大类，分别为霍尔效应(Hall Effect)传感器、各向异性磁阻(AMR)传感器、巨磁阻(GMR)传感器和隧道磁电阻(TMR)传感器。在以上四类磁阻传感器中，TMR传感器是近些年磁场测量领域重点发展的对象，相比而言，它有着更高的灵敏度、更低的功耗和更小的尺寸，例如型号为TMR9001的传感器，其灵敏度已经达到300mV/V/Oe，是其它传感器的十倍甚至数十倍，而它的体积只有45mm³。

在实际运用中，以TMR传感器为敏感元件的磁场测量装置大多采用开环结构。由于TMR传感器虽然具有很好地灵敏度与线性度，但噪声性能较差，所以磁场测量装置中所采用的信号调理电路往往针对传感器的噪声性能来设计，例如通过相敏检波和低通滤波等手段降低其噪声。然而，TMR传感器由磁性多层薄膜材料构成，所以除了噪声较大以外，其材料特性还决定了它本身存在很大的磁滞。目前，江苏多维公司所生产的型号为TMR9001传感器已经成功解决了TMR传感器噪声过大的问题，由数据手册可知，这款芯片的噪声已经降低到然而其磁滞问题还是未能得到有效控制，在±0.5Oe的磁场范围内，它的磁滞高达0.1Oe，这会严重影响传感器的测量性能。

针对TMR传感器的磁滞问题，现有的抑制方法主要有两种：一是利用软件补偿，首先建立相应的传感器输出磁滞模型，得到该传感器的局部磁滞曲线，然后通过算法对该曲线进行补偿，但是由于传感器个体差异，对不同的传感器需要建立不同的磁滞数学模型，操作过程过于复杂，因此不适合批量生产；二是改善TMR传感器材料或采用新型的生产工艺，通过研制新型的敏感材料或是采用新型的生产工艺能够从根本上改变传感器的磁滞，例如有文献通过研究发现，在生产过程中不同的退火温度能改变材料的磁滞。然而，现有的材料或生产工艺在减小传感器磁滞的同时，往往会造成传感器其它性能的损失。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于正反向激励的低磁滞TMR磁场测量装置，在开环式TMR磁场测量装置的基础上，在芯片上绕制激励线圈，通过在激励线圈中通入适当的脉冲信号，在激励线圈中产生正向和反向的激励信号，并作用于TMR传感器芯片上，使传感器连续输出正向和反向电压，并经过加法器运算得到经过零点的输出电压信号。本发明测量装置结构简单，并且能够有效抑制TMR传感器的磁滞，提高磁场测量的精度。

本发明采取的技术方案为：

基于正反向激励的低磁滞TMR磁场测量装置，包括TMR磁阻传感器、差分转单端芯片、模拟开关、加法器、时钟模块、激励线圈。

所述激励线圈缠绕在TMR磁阻传感器表面；

所述TMR磁阻传感器信号输出端连接差分转单端芯片的输入端，差分转单端芯片的输出端连接模拟开关的引脚a，模拟开关的引脚b、引脚c分别连接储能电容C1一端、储能电容C2一端，储能电容C1一端、储能电容C2一端与加法器连接，模拟开关的引脚d连接时钟模块，时钟模块通过耦合电容连接激励线圈。