[发明专利]基于上电置位的闭环TMR磁场测量装置

说明书

基于上电置位的闭环TMR磁场测量装置，包括TMR磁敏传感器、差分转单端芯片、积分电路、V/I转换电路、激励电路、反馈导线。所述反馈导线布置于TMR磁敏传感器下方，且反馈导线所产生的磁场与TMR磁敏传感器的敏感轴相平行；所述TMR磁敏传感器的信号输出端连接差分转单端芯片，差分转单端芯片连接积分电路，积分电路的输出端经V/I转换电路转换后连接到反馈导线，构成闭环回路；所述V/I转换电路包括反馈电阻，用于调节闭环回路中反馈电流的大小；所述反馈导线、V/I转换电路均连接激励电路。本发明装置采用闭环结构，通过设计反馈导线并将其排布在TMR传感器芯片下作为置位和反馈元件，从硬件上对TMR传感器进行磁场补偿，从而抑制传感器磁滞并提高其灵敏度。

技术领域

本发明涉及磁场测量技术领域，具体涉及一种基于上电置位的闭环TMR磁场测量装置。

背景技术

地磁场是一个微弱的矢量场，作为一种存在于地球表面的天然磁源，它的用途非常广泛，在军事和航空等诸多领域有着不可替代的作用。对于微弱磁场测量而言，高精度的磁场测量装置是必不可少的，它主要以磁场传感器为敏感元件并结合相应的信号调理电路制成，因此选择合适的磁场传感器，并设计简单有效的信号调理电路对其进行优化，是研制高性能的磁场测量装置的重要保障。

目前，常用的磁场传感器有各向异性磁阻(AMR)传感器、巨磁阻(GMR)传感器、隧道磁电阻(TMR)传感器、巨磁阻抗(GMI)传感器和磁通门传感器等，它们都有着各自的优点，但是就传感器灵敏度而言，TMR传感器有着巨大的优势，例如:多维公司生产的型号为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。相比而言，高灵敏度的传感器不需要进行信号放大,便能够输出满足电路测量条件的电压信号，这样便能减少传统信号调理电路中放大器噪声的引入，因此若要设计高精度的磁场测量装置，以TMR传感器为敏感元件是一种很好地选择。在实际运用中，以TMR传感器为敏感元件的磁场测量装置往往采用开环结构的信号调理电路，它有着体积小、结构简单等优点，但是TMR传感器由磁性多层薄膜材料构成，该材料的特性决定了它自身存在较大的磁滞，如TMR9001传感器，在±0.5Oe的磁场范围内，其磁滞达到了0.1Oe，这对以它为敏感元件所设计的磁场测量装置的性能有很大的影响，而开环结构的信号调理电路只能对传感器输出信号作简单的处理，却无法解决其磁滞问题。

针对TMR传感器的磁滞问题，现有的抑制方法主要分为两个方面:一是在物理或数学原理的基础上，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，然后通过算法对其进行补偿，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，所以该方法不适合批量生产。二是从磁滞产生的内在原因出发，通过研制新型的敏感材料从根本上降低传感器的磁滞或是采用新型的生产工艺来改变磁滞，例如有文献通过研究发现不同的退火温度能改变材料的磁滞，然而上述方法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上电置位的闭环TMR磁场测量装置，该装置采用闭环结构，通过设计反馈导线并将其排布在TMR传感器芯片下作为置位和反馈元件，从硬件上对TMR传感器进行磁场补偿，从而抑制传感器磁滞并提高其灵敏度。

本发明采取的技术方案为：

基于上电置位的闭环TMR磁场测量装置，包括TMR磁敏传感器、差分转单端芯片、积分电路、V/I转换电路、激励电路、反馈导线。

所述反馈导线布置于TMR磁敏传感器下方，且反馈导线所产生的磁场与TMR磁敏传感器的敏感轴相平行；

所述TMR磁敏传感器的信号输出端连接差分转单端芯片，差分转单端芯片连接积分电路，积分电路的输出端经V/I转换电路转换后连接到反馈导线，构成闭环回路；

所述V/I转换电路包括反馈电阻，用于调节闭环回路中反馈电流的大小；

所述反馈导线、V/I转换电路均连接激励电路。