本發(fā)明涉及磁場探測技術領域，特別涉及一種球面型三軸磁通門傳感器。

背景技術：

磁測技術的原理是通過周期性的交變磁場使得磁芯周期性地處于磁飽和狀態(tài)，利用磁芯對激勵磁場的調制作用將環(huán)境磁場轉化為電信號輸出。通過對感應電動勢的分析確定環(huán)境磁場的大小。

激磁電路：用于激勵磁芯；傳統(tǒng)的激勵方法是通過調節(jié)提供給激磁繞線的激勵信號的頻率使得球面型三軸磁通門探頭周期性地處在磁導通狀態(tài)和磁飽和狀態(tài)，該方法不能細調磁導通狀態(tài)和磁飽和狀態(tài)所占時間長短，電路的q值得不到提高，無法使磁測量設備獲得最大靈敏度(只有當磁導通狀態(tài)和磁飽和狀態(tài)各占1/2周期時，磁測量設備才能獲得最大靈敏度)，降低了整個磁測量設備的測量精度。

信號處理電路：用于將環(huán)境磁場轉化為電信號輸出；傳統(tǒng)的三軸信號處理電路是通過將積分器的輸出端的電壓信號通過電阻反饋到球面型三軸磁通門探頭的反饋繞線，積分器的輸出端對模擬地有一個采樣電阻實現輸出，即積分器的輸出端既作反饋又作測量，降低了整個磁測量設備的測量精度。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種電路q值高、測量精度高的球面型三軸磁通門傳感器。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種球面型三軸磁通門傳感器，包括球面型三軸磁通門探頭、激磁電路和信號處理電路，球面型三軸磁通門探頭包括激磁繞線、檢測繞線和反饋繞線；激磁繞線與激磁電路連接，檢測繞線、信號處理電路和反饋繞線依次連接；激磁電路包括振蕩器、分頻器和高速電子隔離器，振蕩器分別與分頻器和高速電子隔離器相連接；信號處理電路包括依次連接的儀表放大器、相敏解調器和積分器；

所述激磁電路還包括依次連接在分頻器后的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和p-nmos管h橋，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用于將方波信號進行脈沖寬度調節(jié)，即調節(jié)無磁球芯的磁導通狀態(tài)和磁飽和狀態(tài)所占時間長短；p-nmos管h橋提高電流驅動能力；

所述信號處理電路還包括連接在積分器后的伺服放大器，伺服跨導放大器用于將模擬電壓信號轉換成兩路大小相同的電流輸出，即為反饋電流和最終輸出電流，反饋電流輸入至反饋繞線，最終輸出電流輸入接地電阻后輸出模擬電壓信號。

進一步的，所述球面型三軸磁通門探頭包括無磁球芯、激磁繞線、檢測繞線骨架、檢測繞線、反饋繞線骨架和反饋繞線，所述無磁球芯是由三個可導磁的正方體環(huán)沿x軸、y軸、z軸方向相互正交形成，無磁球芯上繞置有多匝激磁繞線；所述檢測繞線骨架上加工有沿x軸、y軸、z軸方向且相互正交的凹槽，檢測繞線繞置在凹槽內，無磁球芯安裝在檢測繞線骨架的內腔中；所述反饋繞線骨架呈球形，其上刻有多條等寬、等高且不等深的繞線槽，反饋繞線繞置在三軸繞線槽內；反饋繞線骨架內部開有沿x軸、y軸、z軸方向的通孔，通孔的兩端安裝有可拆卸球蓋，檢測繞線骨架安裝在反饋繞線骨架內且位于中心處；所述無磁球芯、檢測繞線骨架和反饋繞線骨架的x軸、y軸、z軸同軸。

進一步的，所述三軸繞線槽均沿各自的赤道面對稱設置。

進一步的，所述可拆卸球蓋的外端面為平面。

進一步的，所述反饋繞線為單匝線圈。

進一步的，所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在引腳1和引腳2之間連接一個電容c1，引腳2與基準高電平vdd之間連接一個電阻r1，引腳14和引腳15之間連接一個電容c2，引腳14與基準高電平vdd之間連接一個電阻r2。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明球狀的反饋繞線產生的磁場均勻度較高、均勻范圍較大，有利于提高球面型三軸磁通門探頭磁測的準確度以及穩(wěn)定度；三個正方體環(huán)正交構成的無磁球芯提高了球面型三軸磁通門探頭磁測的精度；

2、本發(fā)明提供的激磁電路在傳統(tǒng)的激磁電路的基礎上添加了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器以及p-nmos管h橋，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不僅可細調無磁球芯的磁導通狀態(tài)和磁飽和狀態(tài)所占時間長短，還可改善激磁繞線的電流波形；p-nmos管h橋提高了電流驅動能力，從而提高線路的q值，提高測量精度；

3、本發(fā)明提供的軸信號處理電路中增加了伺服跨導放大器，用于將反饋電流和最終輸出電流分開，提高了磁測量設備的精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明球面型三軸磁通門探頭的結構示意圖；

圖2為圖1的a—a剖視圖；

圖3本發(fā)明無磁球芯的結構示意圖；

圖4本發(fā)明檢測繞線骨架的結構示意圖；

圖5本發(fā)明球面型三軸磁通門傳感器的結構示意圖；

圖6本發(fā)明激磁電路的結構示意圖；

圖7本發(fā)明三軸信號處理電路的結構示意圖。

圖中標記：1、球面型三軸磁通門探頭；2、線性穩(wěn)壓源；3、振蕩器；4、分頻器；5、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；6、p-nmos管h橋；7、高速電子隔離器；8、儀表放大器；9、相敏解調器；10、積分器；11、伺服跨導放大器；101、無磁球芯；102、檢測繞線骨架；103、反饋繞線骨架；104、繞線槽；105、可拆卸球蓋；106、通孔；107、凹槽。

具體實施方式

如圖1～圖7所示，本實施例提供的球面型三軸磁通門傳感器包括球面型三軸磁通門探頭1、激磁電路和電路結構相同的x軸、y軸以及z軸信號處理電路，所述球面型三軸磁通門探頭1包括激磁繞線、三軸檢測繞線和三軸反饋繞線，激磁電路用于給激磁繞線提供電壓激勵；三軸信號處理電路用于接收三軸檢測繞線感應脈沖信號并給反饋繞線提供反饋電流及輸出三軸模擬電壓信號。

如圖1～圖4示，所述球面型三軸磁通門探頭1包括無磁球芯101、檢測繞線骨架102、反饋繞線骨架103、激磁繞線、檢測繞線和反饋繞線，所述無磁球芯101是由三個正方體環(huán)沿x軸、y軸、z軸方向相互正交形成，三個正方體環(huán)均由導磁薄片壓制而成且厚度和大小相同，無磁球芯101上繞置有多匝激磁繞線。

所述檢測繞線骨架102上加工有沿x軸、y軸、z軸方向相互正交的凹槽107，檢測繞線繞置在凹槽107內，無磁球芯101安裝在檢測繞線骨架102的內腔中，無磁球芯101和檢測繞線骨架102的x軸、y軸、z軸同軸。

所述反饋繞線骨架103呈球形，反饋繞線骨架103上刻有多條等寬、等高、且不等深的三軸繞線槽104(x、y、z三軸繞線槽104相互正交)，各繞線槽104分別沿各自的赤道面(赤道面是指與軸垂直且直徑最大的那個圓面)對稱設置，反饋繞線為單匝線圈，且反饋繞線繞置在繞線槽104內，采用單匝線圈可規(guī)避電容以及線圈纏繞方式等不可控因素的影響，使檢測繞線采集到的感應脈沖更理想，從而提高磁測的準確度。本發(fā)明還在反饋繞線骨架103內部開有沿x軸、y軸、z軸方向的通孔106，通孔106的兩端安裝有可拆卸球蓋105，檢測繞線骨架102(內腔中已安裝了無磁球芯101)可通過打開可拆卸球蓋105后從通孔106放入至反饋繞線骨架103的中心處?？刹鹦肚蛏w105的外端面為平面，可保證球面型三軸磁通門探頭工作時姿態(tài)穩(wěn)定，并可在繞線骨架放入反饋繞線骨架103時作為基臺，以方便繞線骨架放入。檢測繞線骨架102和反饋繞線骨架103的x軸、y軸、z軸同軸。

本發(fā)明所采用的上述反饋繞線繞置方式使磁測系統(tǒng)構成閉環(huán)系統(tǒng)，反饋繞線產生均勻反饋磁場，使無磁球芯101工作在零場狀態(tài)，提高了磁測的線性度和穩(wěn)定度。球面型結構的反饋繞線又使所產生的磁場均勻范圍更大，可提高環(huán)境磁場測量的準確度。

本發(fā)明所采用的無磁球芯101的磁化方向是沿正方體環(huán)的方向，即沿正方體環(huán)的4個邊的方向，在磁導通的狀態(tài)下，無磁球芯101上沿x軸、y軸、z軸方向設置的三個正方體環(huán)的4個邊的導磁薄片聚集環(huán)境磁場的磁力線，使無磁球芯101的聚磁效果更強，檢測繞線內的磁感應強度也就更強。在磁飽和狀態(tài)下，無磁球芯101上沿x軸、y軸、z軸方向設置的三個正方體環(huán)的4個邊擴散環(huán)境磁場的磁力線，使無磁球芯101的散磁效果更強，檢測繞線內的磁感應強度也就更弱，從而檢測繞線產生的四個感應脈沖信號更強、更精確，進一步提高了環(huán)境磁場測量的精度。

如圖6所示，所述激磁電路包括線性穩(wěn)壓源2、振蕩器3、分頻器4、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器5、p-nmos管h橋6和高速電子隔離器7，線性穩(wěn)壓源2的輸入端連接外部電壓源，輸出端輸出基準高電平vdd，為振蕩器3、分頻器4、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器5、p-nmos管h橋6和高速電子隔離器7提供電源電壓。振蕩器3用于產生頻率為2f的方波信號，分頻器4將振蕩器3輸出的頻率為2f的方波信號進行二分頻，輸出頻率為f的方波信號；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器5將分頻器4輸出的頻率為f的方波信號進行脈沖寬度調節(jié)，即細調無磁球芯101磁導通狀態(tài)以及磁飽和狀態(tài)所占時間長短；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器5通過p-nmos管h橋6與激磁繞線連接，用于給激磁繞線提供電壓激勵，p-nmos管h橋6提供了電流驅動能力，從而提高線路的q值，提高了測量精度。高速電子隔離器7將振蕩器3輸出的頻率為2f數字方波信號轉變?yōu)轭l率為2f模擬方波信號。

所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器5的引腳1和引腳2之間連接一個電容c1，引腳2與基準高電平vdd之間連接一個電阻r1，引腳14和引腳15之間連接一個電容c2，引腳14與基準高電平vdd之間連接一個電阻r2；通過調整電容c1、電阻r1、電容c2以及電阻r2，調節(jié)輸出信號的脈沖寬度，即細調無磁球芯101的磁導通狀態(tài)和磁飽和狀態(tài)所占時間長短。

激磁繞線在p-nmos管h橋6輸出的頻率為f的方波激勵下，使無磁球芯101的磁導率在磁導通、磁飽和狀態(tài)周期性轉變。在磁導通狀態(tài)下，無磁球芯101的磁導率較高，磁力線向無磁球芯處聚集，檢測繞線內的磁感應強度變強；在磁飽和狀態(tài)下，無磁球芯101的磁導率接近于空氣的磁導率，磁力線從無磁球芯101處散開，檢測繞線內的磁感應強度變弱。在方波電壓的一個激磁周期內，檢測繞線內的磁感應強度變化四次，使得檢測繞線產生四個感應脈沖。

如圖7所示，所述信號處理電路包括儀表放大器8、相敏解調器9、積分器10和伺服跨導放大器11，以x軸為例，球面型三軸磁通門探頭1的x軸檢測繞線感應到的頻率為2f的感應脈沖，儀表放大器8用于將x軸檢測繞線感應到的頻率為2f的感應脈沖信號放大，相敏解調器9將放大后的頻率為2f的感應脈沖與高速電子隔離器7輸出的頻率為2f的模擬方波信號相乘，得到頻率為2f的模擬信號；積分器10將相敏解調器9輸出的模擬信號進行積分并輸出電壓；伺服跨導放大器11將積分器10輸出的電壓轉換成兩路大小相同的電流輸出，即為反饋電流與最終輸出電流，將反饋電流輸入到x軸反饋繞線中，最終電流輸入接地電阻后輸出x軸模擬電壓信號，該電壓信號與環(huán)境磁場成比例關系，即測得了環(huán)境磁場的大小。

以上所述僅是本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何基于本發(fā)明所提供的技術方案和發(fā)明構思進行的改造和替換都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內。