数字补偿式巨磁阻抗传感器设计.pdf

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1、100传感器与微系统(TraJ1sducerandMicrosystemTechnologies)2016年第35卷第2期DOI：10．13873／J．1000-9787(2016)02-0100-03数字补偿式巨磁阻抗传感器设计杨志成，车振(中国船舶重工集团公司第七一。研究所，湖北宜昌443003)摘要：地磁环境下弱磁信号的检测要求地磁传感器具有灵敏度高、工作范围宽的特点，非晶丝在高频交流激励下具有阻抗变化率高的特点，宜于用来作地磁传感器。但非晶丝线性工作区较短，不能完全覆盖地磁场范围，通过采用数字补偿

2、技术可以补偿大部分地磁场，使传感器工作于非晶丝的线性区，提高了传感器的灵敏度，扩展了传感器的工作范围。通过测试，采用数字补偿技术的巨磁阻传感器灵敏度为71．133~V／nT，工作于-61750．8-73774．8nT，与被测磁场的最大误差为2．45nT。关键词：数字补偿；巨磁阻抗；地磁传感器；非晶丝；灵敏度；模块中图分类号：TJO2文献标识码：B文章编号：1000-9787(2016)02-0100-03Designofdigitalcompensationtypegiantmagnetoimpedanc

3、esensorYANGZhi—cheng，CHEZhen(710ResearchInstitute，ChinaSMpbufldingIndustryCorporation，Yichang443003，China)Abstract：Todetectweakmagneticsignalundergeomagneticfield，geomagneticsensorthathavecharacteristicsofhighsensitivityandwideoperatingrangeshouldbeused．a

4、morphouswirethathascharacteristicofhighimpedancevariationrateinhighfrequencyalternatingcurrentexcitationissuitablyusedasmagneticsensor．Butregionofamorphouswireistooshorttocompletelycoverrangeofgeomagneticfield，digitalcompensationtechnologycanbeusedtocompe

5、nsatemostofgeomagneticfield，thesensorcanworkinthelinearregionoftheamorphouswire，sensitivityofthesensorcanbeimprovedandworkingrangecanbeextended．Throughthetest，thesensitivityofthesensorthatusingthedigitalcompensationtechnologyis71．33I~V／nT．theworkingrangei

6、s一61750．8nT一73774．8nTandthemaximumerrorofthedetectedmagneticfieldis2．45nT．Keywords：digitalcompensation；giantmagnetoimpedance(GMI)；geomagneticsensor；amorphouswire；sensitivity；module0引言1传感器总体结构设计1992年，MohriK教授等人发现了非晶态合金的交流数字补偿式巨磁阻抗传感器整体结构如图1所示，该磁阻抗随外加磁场的变化而

7、显著变化的现象j，即巨磁阻测量系统主要包括巨磁阻抗传感器、AD采样模块、补偿模抗(giantmagnetoimpedance，GMI)效应。依据巨磁阻抗效块、供电系统、上位机5个部分。其中，巨磁阻抗传感器用应研制的传感器具有灵敏度高、线性度好等优点-3J，我国于将磁场信号转换为电压信号。AD采样模块主要用于将巨磁传感器的模拟电压输出转换为数字量，AD采样模块也开展了相应的研究，由于非晶丝在交流激励下阻抗一方面将该数字传输量给上位机，用于上位机数据的解算变化灵敏度高，线性工作区较短，在地磁环境下使用时很容和

8、显示；另一方面，存储巨磁阻抗传感器的外加磁场和输出易饱和，为改善传感器性能，可以采用负反馈扩展传感器的电压的特性曲线，用于补偿模块查询使用。工作范围，但负反馈会导致传感器灵敏度的降低，同时深度2补偿模块工作原理与装置实现负反馈会导致系统不稳定。DA补偿模块主要用于补偿地磁场，在未加补偿模块本文提出了采用数字补偿技术，在不降低传感器灵敏时测得的传感器输出与外加磁场的关系如图2所示，传感度的基础上扩展巨磁阻抗传感器的工作范围，使其