小型化高精度磁通门传感器的研制

专利名称：微型磁通门传感器
专利类型：实用新型专利
发明人：刘晓为,霍明学,董长春,尹亮,雷岳强申请号：CN200720117622.8
申请日：20071207
公开号：CN201126470Y
公开日：
20081001
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型提供的是一种微型磁通门传感器。

它包括探头和接口电路两部分，其中接口电路部分由前置放大电路2、带通滤波器3、开关相敏解调电路7、低通滤波器8、缓冲级4、信号发生电路5、倍频电路6构成，信号发生电路5由文氏桥电路构成，产生5KHz正弦信号，一路通过缓冲级4接至磁通门探头1的输入端，一路送到倍频器6的输入端，倍频器输出接至相敏解调器7的一个输入端，探头的输出端输出信号经过前置放大器2、带通滤波器3、相敏解调器7，低通滤波器8然后输出。

本实用新型利用CMOS模拟集成电路技术，实现磁通门传感器接口电路的单芯片集成。

磁通门磁强计的接口电路稳定性高，抗干扰能力强，功耗小，实现了磁通门的集成化、微型化。

申请人：哈尔滨工业大学
地址：150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
国籍：CN
代理机构：哈尔滨市哈科专利事务所有限责任公司
代理人：刘娅
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专利名称：一种基于磁通门技术的高精度电流传感器专利类型：实用新型专利
发明人：黄东亚
申请号：CN202121738866.4
申请日：20210728
公开号：CN215728397U
公开日：
20220201
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种基于磁通门技术的高精度电流传感器，包括传感器主体，所述传感器主体的两侧一体成型设置有连接脚，并且连接脚中贯穿设置有螺纹孔，螺纹孔中螺纹连接设置有螺丝，所述螺丝的一端焊接设置有螺帽，所述连接脚上一体成型设置有支撑柱，支撑柱上设置有环形活动槽，所述环形活动槽中活动设置有活动卡环，所述活动卡环一体成型设置在活动槽的内侧壁，并且活动槽设置在连接板中，本实用新型设计的磁通门电流传感器，通过设置的锁紧结构，能够提高传感器位置稳固性，进而保证其测试工作精度、传感器工作的正常运转。

申请人：上海博舟汽车电子有限公司
地址：201208 上海市浦东新区中国(上海)自由贸易试验区锦绣东路2777弄34号301室
国籍：CN
代理机构：南京常青藤知识产权代理有限公司
代理人：黄城
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基于磁通门原理的高精度电流传感器的研制【摘要】分析了磁通门式电流传感器的原理。

该电流传感器由晶振产生方波驱动磁芯，改善了传统RC模拟激磁电路的稳定性问题；用结构更加简单的峰值检波电路取代传统复杂的谐波法电路，简化了电路设计，并降低了系统功耗；实验结果表明，该电流传感器实现了预期功能，性价比较高，具有良好的推广价值。

【关键词】磁通门；峰值检波；电流传感器1.引言用电流传感器作为电气设备绝缘在线检测系统的采样单元，已得到业内人士的共识。

目前，电流传感器有多种类型，如霍尔传感器、无磁芯电流传感器、高导磁非晶合金多谐振荡电流传感器、电子自旋共振电流传感器等。

由于电力系统使用环境的特殊性，许多传感器存在自身的局限性。

目前应用于电力系统的电流传感器多是以电磁耦合为基本工作原理的，从采样方式上分，这类传感器主要有直接串入式、钳式、闭环穿芯式三种。

大量的研究试验表明，基于“零磁通原理”的小电流传感器更适合电力系统绝缘在线检测的要求。

本文所述小电流传感器即是以磁通门技术为基本原理，加上闭环控制在电子电路中的应用，使小电流传感器具有高精度、高稳定度、抗干扰能力强等优点。

2.磁通门原理与电流传感器系统组成2.1 磁通门原理磁通门传感器是利用被测磁场中高导磁率磁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的。

这种物理现象对被测环境磁场来说好像是一道“门”，通过这道“门”，相应的磁通量即被调制，并产生感应电动势。

利用这种现象来测量电流所产生的磁场，从而间接的达到测量电流的目的。

本文采用现有技术中结构简单应用较广泛的一种单绕组磁通门。

环形磁芯上绕有线圈，此绕组即作为激励绕组又作为测量绕组。

所测电流从磁环中间穿过。

如图1所示。

一般磁性材料都有S形状曲线的特性，称之为磁滞回路（hysteresis loop），如图2所示。

此磁滞回路曲线建立在B-H的坐标轴上，为磁性材料遭受完全磁化与非磁化周期，下图所示为典型磁滞曲线的铁心，如果曲线由a点开始，此点表示最大正磁化力，至b点磁化力为零，然后下降至c点为最大负磁化力，再至d点磁化力为零，最后返回最大正磁化力的a点，此即为整个磁性周期。

磁通门传感器的设计摘要三分量磁通门地磁场检测装置是应用磁通门传感器对地磁场进行测量的矢量检测装置。

与其它类型测磁仪器相比,磁通门传感器具有分辨率高,测量弱磁场范围宽,体积小、重量轻、功耗低,经济性好,能够直接测量磁场的失量和适于在高速运动系统中使用等特点,被广泛应用于各种领域。

本文分析了磁通门传感器的工作原理,详细论述了如何采用数字检波的方法进行信号处理.本文还介绍了三分量地磁场检测装置硬件电路的设计和单片机程序。

检测装置主要由三分量磁通门传感器、单片机最小系统、A/D数据采集电路和串口电路构成。

三分量磁通门传感器检测到磁场的矢量大小,输出信号经过有源滤波器和放大器处理后得到三路幅度与磁场各分量大小成正比的正弦信号。

A/D同时对三路信号进行4倍频采样,将两个周期的采样数据传送到单片机,然后单片机通过串行端口将数据发送到计算机,最后由计算机完成数据的处理和分析。

关键词三分量地磁场数字检波数据采集串行端口The Design of Geomagnetic Field Detection Device Based on Three-component Fluxgate SensorsAbstratThe three-component fluxgate geoamagnetic field detection device is a kind of vector detection device which can measure the geoamagnetic field directlypared with other instruments which can measure geomagnetic field,the fluxgate sensor has the virtue of small size,light weight, low power consumption and good economy,is used widely in different fields.This paper introduces the working principle of the fluxgate sensor and the digital demodulation method in detail. The design of hardware circuit of the three-component fluxgate geomagnetic field detection device and progamming of MCU are also introduced in this paper. The detection device consists of three-component fluxgate sensors, MCU system, A/D data acquisition circuit and com port communication circuit. The magnetic vector is detected by the three-component fluxgate sensors,signals output from the senors are processed by active filters and amplifiers.Then there are three sinusoidal signals,whose amplitude are proportional to the magnitude of geomagnetic field component. The A/D convertor produces 4 points sampling signals, and transmits data of two cycles to CPU, then CPU send the data to computer via the com port. Finally,the data is processed and analyzed by computer.Keywordsthree componentsgeomagnetic fieldDigital demodulation Data AcquisitionCom Port目录摘要 1Abstrat 21 绪论 11.1 研究三分量磁通门地磁场检测装置的目的和意义 1 1.2 各种测磁仪器 21.3 磁通门测磁仪器的研究现状 52 检测装置的工作原理 62.1 磁通门传感器的工作原理62.2 检测装置的工作原理 82.3 地磁检测装置的主要功能123 三分量磁通门地磁场检测装置的硬件电路设计123.1 前置检测电路的设计 123.1.1 分频电路和信号转换电路的设计: 133.1.2 驱动电路的设计: 133.1.3 选频放大电路的设计: 143.2 16位A/D转换器4倍频采样的硬件设计163.2.1 根据A/D采集电路的设计要求选择合适的A/D: 16 3.2.2 A/D采集电路的设计: 173.3 内部电源的设计184 三分量磁通门地磁场检测装置的的软件设计194.1STC89C54RD+单片机介绍194.2 A/D的软件控制204.3 程序流程图214.4 示例程序214.5 串口发送的硬件设计235 测试结果及分析245.1 分频器电路测试245.2 功率驱动电路的测试 255.3 信号转换电路测试255.4 带通滤波器的测试266 对三分量测量的通道差异进行校正的方案设计286.1 方案1:通过硬件电路的调试进行校正286.2 方案2:通过软件编程对测量结果进行校正29总结30参考文献及参考资料31致谢33英文翻译34英文翻译原文371 绪论1.1 研究三分量磁通门地磁场检测装置的目的和意义在介绍三分量磁通门地磁场检测装置之前,首先介绍一下它的研究目的和意义。

磁通门传感器的研究进展目录1.内容综述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.1 研究背景与意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.2 研究现状概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31.3 研究目标与内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42.磁通门传感器基础理论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 2.1 磁通门传感器的工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 2.2 基本模型与数学描述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62.3 材料与结构特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．73.磁通门传感器的设计与制造．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 3.1 设计原理与方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 3.2 制造工艺与设备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．123.3 性能测试与评估方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．134.磁通门传感器的性能优化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 4.1 灵敏度与响应速度优化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 4.2 稳定性与可靠性分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．174.3 温度补偿技术．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．185.磁通门传感器的应用研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 5.1 在磁场检测中的应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．205.2 在导航与定位系统中的应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．215.3 在其他领域的应用前景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．226.磁通门传感器的集成与智能化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．236.1 传感器阵列的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．246.2 信号处理与数据融合技术．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．256.3 智能控制系统的构建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．277.磁通门传感器的挑战与展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．287.1 当前面临的主要挑战．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．297.2 未来发展趋势预测．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．307.3 研究方向的建议．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．318.总结与展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．328.1 研究成果总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．338.2 对未来研究的展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．341. 内容综述磁通门传感器是一种基于电磁感应原理的测量设备，它能够精确地检测磁场的变化。

磁通门经纬仪磁传感器的研制范晓勇滕云田周勋周鹤鸣张炼（中国北京100081 中国地震局地球物理研究所）摘要：结合磁通门地磁经纬仪的观测特点，对磁通门传感器模型进行理论分析，选择具有高磁导率的1J86坡莫合金，和具有相同热膨胀系数、高塑性、较高持久蠕变强度的GH128合金，分别作为磁芯和骨架材料，采用跑道形磁芯结构作为设计磁通门传感器的核心部分。

对设计的磁通门传感器进行技术指标测试，结果表明，实验磁通门传感器优于设计要求。

关键词：磁通门传感器；磁芯材料；跑道形磁芯；低噪声；温度特性稳定0 引言地磁场的观测通常分为绝对观测和相对记录。

磁通门经纬仪被主要应用于地磁场的绝对观测，因磁通门经纬仪在地磁场七要素的偏角Ｄ分量和倾角Ｉ分量的观测中操作容易而且观测精度高，已经成为国际上通用的地磁绝对观测仪器（徐文耀，2003；中国地震局监测预报司，2002; Gilbert D，1998；H U Auster，2003），所以世界各国的地磁观测者都在寻求高技术指标、性能稳定的磁通门地磁经纬仪，而各国研究人员对磁通门地磁经纬仪性能的提高也在不断地探索和研究中。

磁通门经纬仪由磁传感器、检测器和无磁经纬仪三部分组成。

磁传感器性能指标的提高对于磁通门经纬仪总体观测指标的提高起着关键性的作用。

根据磁通门经纬仪观测特点，磁传感器应具有极好的矢量响应性、较高的灵敏度和稳定的温度系数等特点，因磁通门传感器具有以上技术特点，所以成为磁通门经纬仪磁传感器的首选。

为了提高国产磁通门经纬仪的整体技术指标，设计一款磁通门经纬仪所需的磁通门传感器，经过实验测试，所设计的磁通门传感器的性能指标符合磁通门经纬仪所用磁传感器的设计要求，该传感器具有的低噪声、高灵敏度、温度特性稳定等特点，其将对提高国产磁通门经纬仪的整体技术指标起到非常重要的作用。

1工作原理1.1磁通门经纬仪工作原理磁通门传感器具有极好的矢量响应性，只有传感器磁轴方向的地磁场分量才能使传感器产生感应电动势，当传感器的磁轴方向与地磁场方向处于正交位置时，传感器测得地磁场显示为零值。

专利名称：一种微型磁通门传感器
专利类型：实用新型专利
发明人：侯晓伟,王飞,倪大成,郑良广,郭俊杰申请号：CN201720925327.9
申请日：20170727
公开号：CN206959858U
公开日：
20180202
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种微型磁通门传感器，包括相互键合的第一高阻硅片和第二高阻硅片，第一高阻硅片和第二高阻硅片的对合面之间具有铁芯腔，铁芯腔的外周围绕设置有多个填充有线圈材料的螺线管腔，铁芯腔的一端开口设置，铁芯腔内插设有带材磁芯，自铁芯腔的开口通过填充材料将带材磁芯密封固定在铁芯腔内，第一高阻硅片、第二高阻硅片的外表面上分别蚀刻有与螺线管腔相联通的电极窗口。

该微型磁通门传感器可以采用一次成型填充工艺制作螺线管线圈，避免了使用微电镀工艺，不仅有效简化了工艺流程，提高了连接通孔的成功率，而且降低了对环境的污染，缩减了环保成本。

申请人：宁波中车时代传感技术有限公司
地址：315021 浙江省宁波市甬江工业园区振甬路138号
国籍：CN
代理机构：宁波诚源专利事务所有限公司
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