CN102565723A - 磁通门式宽量程测磁仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测量器具领域，尤其是一种磁通门式宽量程测磁仪，其特征在于：所述的磁场测量电路包括振荡激励电路，滤波、相敏解调及积分电路，反馈电路和校准电路，所述振荡激励电路连接探头和滤波、相敏解调及积分电路，所述校准电路与所述振荡激励电路相连接。本发明的优点是：实现了范围为-2000μT～+2000μT强磁场的三分量、高分辨率(1nT)和高精度(0.2%)测量。仪器采用嵌入式控制系统结构，VFD大屏幕显示，操作方便、显示直观，具有自动校零、自动量程功能。仪器稳定、可靠，能够长时间的自动进行测量和记录，提供以太网、USB和RS-232通讯多种形式通讯接口，并具有体积小、重量轻的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量器具领域，尤其是一种磁通门式宽量程测磁仪。
背景技术
在舰艇消磁过程中，消磁电缆在舰艇周围空间区域产生强度高达1600A/M的强磁场，这种强磁场将对舰载系统、装备的磁敏感部件的技术性能和安全性带来影响，为准确掌握和评估分析该影响的具体程度，需要对消磁时的强磁场进行精确测量，但是由于缺乏对此类强磁场的检测手段，该项工作一直无法开展。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种磁通门式宽量程测磁仪，该测磁仪通过改进和优化磁通门传感器结构、参数，创新测量电路设计，采用先进的控制、测量及信号处理技术，实现宽量程强磁场的测量。
本发明的实现由以下技术方案完成：一种磁通门式宽量程测磁仪，包括磁场测量模块和采集控制模块，所述磁场测量模块包括探头、磁场测量电路，所述探头连接磁场测量电路，其特征在于：所述的磁场测量电路包括振荡激励电路，滤波、相敏解调及积分电路，反馈电路和校准电路，所述振荡激励电路连接探头和滤波、相敏解调及积分电路，所述校准电路与所述振荡激励电路相连接。
所述振荡激励电路由计数器、晶体谐振器、放大电路驱动变压器、NPN三极管和PNP三极管组成，所述计数器的一个接脚接入晶体谐振器，并通过NPN三极管和PNP三极管与放大电路驱动变压器相连通，所述放大电路驱动变压器连接探头。
所述的滤波、相敏解调及积分电路由带通滤波、相敏解调、积分模块实现，所述带通滤波、相敏解调、积分模块中的一个接脚连接探头，另一个接脚输出磁场电压值。
所述的反馈电路由两路精密恒流源电路和继电器切换电路组成，所述两路精密恒流源电路分别与继电器切换电路相连接，所述反馈电路与所述带通滤波、相敏解调、积分模块中输出磁场电压值的接脚连通。
所述的两路精密恒流源电路分为小量程恒流源电路和大量程恒流源电路。
所述的校准电路是一个电流泵型接地负载压控恒流源，由精密电压源提供电压参考，与取样电阻产生稳定的电流，并且与继电器相连接，所述继电器控制接入探头的校准线圈与否。
本发明的优点是：实现了范围为-2000μT～+2000μT强磁场的三分量、高分辨率(1nT)和高精度(0.2%)测量。仪器采用嵌入式控制系统结构， VFD大屏幕显示，操作方便、显示直观，具有自动校零、自动量程功能。仪器稳定、可靠，能够长时间的自动进行测量和记录，提供以太网、USB和RS-232通讯多种形式通讯接口，并具有体积小、重量轻的优点。
附图说明
图１是本发明仪器组成框图；
图2是本发明磁场测量电路原理图；
图3是本发明振荡激励电路图；
图4是本发明滤波、相敏解调及积分电路图；
图5是本发明反馈电路图；
图6是校准电路图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
实施例：如图1所示基于嵌入式控制系统的强磁场测量记录仪主要由ARM控制器、探头、磁场测量电路、VFD显示模块、数据存储电路、实时钟电路、键盘及USB、串行通讯接口电路、CPU监控电路和电源等部分组成。
如图2所示，磁场测量电路由探头、振荡激励电路、信号测量电路和校准电路四个部分构成。电路采用闭环系统，以提高探头的测量的范围并且保证测量的精度。在测量大量程和小量程磁场时采用反馈电阻自动切换电路，自动调整反馈系数来调整增益，实现在不影响稳定性、以及分辨率的情况下可以达到±2000μT的测量范围。
如图3所示，计数器CD4060接入2.5MHz晶体谐振器产生2.5MHz的振荡，并通过其计数功能在13脚和14脚产生5KHz的探头激励信号和10KHz的相敏检波开关信号。5KHz的方波通过由两个PNP三级管2N4403和两个NPN三极管2N4401构成的互补推挽功率放大电路驱动变压器CH1，通过CH1激励探头至饱和，此时探头开始采集工作。
如图4所示，带通滤波、相敏解调、积分功能由704所设计的MC-1510模块实现，探头输出的信号接入MC-1510模块的第1脚，10KHz的相敏检波信号接入MC-1510模块的第5脚，第2脚输出积分后的信号BFX用于反馈，Vo1为输出的磁场电压值。
如图5所示，反馈切换电路由两路精密恒流源电路和继电器切换电路组成。图中运放OPA2227和差动放大器INA105和取样电阻R16组成小量程恒流源反馈与BUF634和R17组成大量程恒流源反馈。恒流源采用电流泵型接地负载压控恒流源设计，具有电流控制精度高的特点。反馈采用恒流源电路可以确保反馈系数在全温度范围内的稳定性，BUF634是电流功放芯片，保证在大量程测量时能反馈足够的电流，从而产生足够的反馈磁场。切换电路以松下公司的ANG20012小体积信号继电器设计，其接触电阻小于100mΩ,隔离电阻大于1GΩ，开关寿命大于105次，继电器通过光电隔离芯片PS2502-2开关，确保继电器电路与控制电路的隔离减小继电器开关时对信号电路的影响，PS2502-2需要10mA的驱动电流，而M2378-CFN20I工控模块的控制信号DIO1只能提供4mA的额定电流，因此PS2502-2通过NPN三级管9013驱动。
如图6所示，校准电路是一个电流泵型接地负载压控恒流源。由精密电压源REF02提供+5V电压参考，与2K取样电阻R22产生稳定的2.5mA，由AGN20012继电器控制接入探头的校准线圈与否。
综上所述，本实施例采用创新的测量电路设计，附带有自动校正电路，并且可以符合宽量程测磁的技术要求为评估消磁对舰载系统和装备的安全及性能影响、研究对应的保护及预防措施提供了必需的技术手段:为海军新建消磁站、消磁船的验收及质量检验提供了新的检测工具;为改进消磁工艺、提高消磁质量提供了新的试验方法，对增强舰艇的磁性防护能力、保障舰艇航行和装备去全、保持和提高海军战斗力具有十分重要的意义。
Claims (6)
1.一种磁通门式宽量程测磁仪，包括磁场测量模块和采集控制模块，所述磁场测量模块包括探头、磁场测量电路，所述探头连接磁场测量电路，其特征在于：所述的磁场测量电路包括振荡激励电路，滤波、相敏解调及积分电路，反馈电路和校准电路，所述振荡激励电路连接探头和滤波、相敏解调及积分电路，所述校准电路与所述振荡激励电路相连接。
2.根据权利要求1所述的一种磁通门式宽量程测磁仪，其特征在于：所述振荡激励电路由计数器、晶体谐振器、放大电路驱动变压器、NPN三极管和PNP三极管组成，所述计数器的一个接脚接入晶体谐振器，并通过NPN三极管和PNP三极管与放大电路驱动变压器相连通，所述放大电路驱动变压器连接探头。
3.根据权利要求1所述的一种磁通门式宽量程测磁仪，其特征在于：所述的滤波、相敏解调及积分电路由带通滤波、相敏解调、积分模块实现，所述带通滤波、相敏解调、积分模块中的一个接脚连接探头，另一个接脚输出磁场电压值。
4.根据权利要求1所述的一种磁通门式宽量程测磁仪，其特征在于：所述的反馈电路由两路精密恒流源电路和继电器切换电路组成，所述两路精密恒流源电路分别与继电器切换电路相连接，所述反馈电路与所述带通滤波、相敏解调、积分模块中输出磁场电压值的接脚连通。
5.根据权利要求4所述的一种磁通门式宽量程测磁仪，其特征在于：所述的两路精密恒流源电路为一路小量程恒流源电路和一路大量程恒流源电路。
6.根据权利要求1所述的一种磁通门式宽量程测磁仪，其特征在于：所述的校准电路是一个电流泵型接地负载压控恒流源，由精密电压源提供电压参考，与取样电阻产生稳定的电流，并且与继电器相连接，所述继电器控制接入探头的校准线圈与否。
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