專利名稱：具有磁通量閘門的測(cè)定裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁通量閘門(fluxgate)。特別的，本發(fā)明涉及具有能夠通過最小化激勵(lì)電流而減少功率消耗的高效磁通量閘門的測(cè)定裝置，及其控制方法。
背景技術(shù)：
磁通量閘門是一種檢測(cè)接地磁場(chǎng)區(qū)域的傳感器。對(duì)于向其施加受激勵(lì)的磁場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)線圈，磁通量閘門使用諸如坡莫合金(permalloy)的高導(dǎo)磁率材料作為磁性材料磁芯。磁通量閘門還使用磁芯的磁飽和與非線性磁特性來測(cè)量與外部磁場(chǎng)成比例的二次諧波分量，從而測(cè)量外部磁場(chǎng)的大小。
圖1說明了顯示常規(guī)磁通量閘門的電路圖。如圖1所示，磁通量閘門包括驅(qū)動(dòng)線圈40，用于產(chǎn)生電流以通過電流激勵(lì)磁性材料磁芯；脈沖發(fā)生器10，用于產(chǎn)生將被施加到驅(qū)動(dòng)線圈40的脈沖；放大器30和31，用于放大將被施加到驅(qū)動(dòng)線圈40的第一端a和第二端b的脈沖；和反相器20，用于反相施加到驅(qū)動(dòng)線圈40的第二端b的脈沖，以產(chǎn)生電流。
用于開啟和關(guān)閉電流放大器30和31的信號(hào)歸因于從脈沖發(fā)生器10產(chǎn)生的脈沖P1。來自脈沖發(fā)生器10的脈沖P1被直接傳輸?shù)诫娏鞣糯笃?0，并在傳輸至電流放大器31時(shí)通過反相器20對(duì)其進(jìn)行反相，以具有相反的相位。
這樣，分別施加到驅(qū)動(dòng)線圈40的第一端a和第二端b的脈沖信號(hào)P2和P3具有相反的相位，所述第一端a和第二端b分別連接到放大器30和31。當(dāng)脈沖信號(hào)P2在第一端a具有高電平q1，和脈沖信號(hào)P3在第二端b具有低電平q2時(shí)，電流沿線圈40從a流向b。另一方面，當(dāng)脈沖信號(hào)P2在第一端a具有低電平q2，和脈沖信號(hào)P3在另一端b具有高電平q3時(shí)，電流沿線圈40從b流向a。結(jié)果，電流響應(yīng)于脈沖信號(hào)而施加到驅(qū)動(dòng)線圈40，從而激勵(lì)在其上纏繞有驅(qū)動(dòng)線圈40的磁性材料磁芯。
為了驅(qū)動(dòng)磁通量閘門，驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器10以將脈沖序列施加到驅(qū)動(dòng)線圈40。這樣，當(dāng)用由所產(chǎn)生的脈沖序列驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)線圈40來驅(qū)動(dòng)磁通量閘門時(shí)，電流的恒定流動(dòng)在單位時(shí)間間隔內(nèi)引起強(qiáng)電流消耗。
MEMS(Micro-Electro Mechanical System，微電子機(jī)械系統(tǒng))是利用半導(dǎo)體制造工藝實(shí)現(xiàn)機(jī)械和電子部件的技術(shù)?？衫肕EMS技術(shù)對(duì)磁通量閘門進(jìn)行最小化和集成。由MEMS制造過程工藝的用于便攜式小型終端的磁通量閘門通常在存在有限電源時(shí)使用。因此，在單位時(shí)間間隔內(nèi)磁通量閘門的典型強(qiáng)電流消耗會(huì)成為一個(gè)顯著的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決至少上述的問題和/或不足，本發(fā)明實(shí)施例的特征是提供一種具有磁通量閘門的測(cè)定裝置，該磁通量閘門能夠減少驅(qū)動(dòng)磁通量閘門的功率消耗。
為了提供前述的及其他特征和優(yōu)點(diǎn)，提供了一種測(cè)定裝置，其包括驅(qū)動(dòng)線圈，用于用電流激勵(lì)磁性材料磁芯；電流放大器，用于將電流施加到驅(qū)動(dòng)線圈的第一和第二端；具有脈沖發(fā)生器的磁通量閘門，用于產(chǎn)生接通/關(guān)斷電流放大器的脈沖；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將來自磁通量閘門的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；和脈沖控制器，用于輸出控制信號(hào)，該控制信號(hào)允許將脈沖施加到電流放大器直至確定通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換已完成。
最好，測(cè)定裝置還包括用于將來自脈沖發(fā)生器的脈沖與來自脈沖控制器的控制信號(hào)進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，以將輸出發(fā)送到電流放大器的與門。最好，當(dāng)磁通量閘門啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)時(shí)，脈沖控制器輸出高電平信號(hào)；當(dāng)確定通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換已完成時(shí)，脈沖控制器輸出低電平信號(hào)。脈沖控制器可在確定模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換完成后的一預(yù)定時(shí)間段后輸出低電平信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一特征，提供了具有磁通量閘門的測(cè)定裝置，其包括脈沖控制器，用于在確定通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的來自磁通量閘門的模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換已完成時(shí)產(chǎn)生脈沖，以將電流鎖定為流入磁通量閘門的驅(qū)動(dòng)線圈。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一特征，提供了具有測(cè)定裝置的一種控制方法，該測(cè)定裝置具有驅(qū)動(dòng)線圈，用于用電流激勵(lì)磁性材料磁芯；電流放大器，用于將電流施加到驅(qū)動(dòng)線圈的第一和第二端；具有脈沖發(fā)生器的磁通量閘門，用于產(chǎn)生接通/關(guān)斷電流放大器的脈沖；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將來自磁通量閘門的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；和脈沖控制器，用于輸出控制脈沖發(fā)生器的控制信號(hào)，所述控制方法包括a)當(dāng)磁通量閘門啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器并輸出控制信號(hào)，以將來自脈沖發(fā)生器的脈沖施加到電流放大器；和b)輸出控制信號(hào)，以在確定通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換已完成時(shí)，不將來自脈沖發(fā)生器的脈沖施加到電流放大器。
上述方法中的測(cè)定裝置還可包括用于將來自脈沖發(fā)生器的脈沖與來自脈沖控制器的控制信號(hào)進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，以將輸出發(fā)送到電流放大器的與門。
此外，在控制方法的a)中，脈沖控制器最好將高電平信號(hào)作為控制信號(hào)輸出到與門，和在b)中，脈沖控制器最好將低電平信號(hào)作為控制信號(hào)輸出到與門。


通過參照附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述及其他目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚，其中圖1是顯示常規(guī)磁通量閘門的電路圖；圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁通量閘門的電路圖；圖3是示意性顯示具有圖2的磁通量閘門的測(cè)定裝置的方框圖；圖4說明施加到圖3的磁通量閘門的控制信號(hào)的波形和脈沖控制器；圖5是說明圖3的測(cè)定裝置的工作的波形圖；圖6是說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的測(cè)定裝置的控制方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
在此，整體結(jié)合2002年9月18日提交的名稱為“具有磁通量閘門的測(cè)定裝置及其控制方法(Sensing Apparatus Having F1uxgate與Control methodThereof)”的韓國專利申請(qǐng)第2002-56712號(hào)，作為參考。
圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁通量閘門的電路圖，圖3是示意性顯示具有圖2的磁通量閘門的測(cè)定裝置的方框圖。參照?qǐng)D2和3，測(cè)定裝置包括磁通量閘門100，用于向模/數(shù)轉(zhuǎn)換器170提供模擬傳感器信號(hào)以轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，和通過利用來自磁通量閘門100的傳感器信號(hào)將數(shù)字信號(hào)傳輸至外部系統(tǒng)；濾波器180和信號(hào)發(fā)送器190。磁通量閘門100包括驅(qū)動(dòng)線圈150、電流放大器130和131、反相器140、脈沖發(fā)生器120、與(AND)門160(圖4)、和脈沖控制器110。
驅(qū)動(dòng)線圈150纏繞在磁性材料磁芯(未示出)上，以激勵(lì)在其上還纏繞有傳感線圈(未示出)的磁性材料磁芯。電流放大器130和131分別連接到驅(qū)動(dòng)線圈150的第一端a和第二端b，以將電流施加到驅(qū)動(dòng)線圈150上。反相器140連接到電流放大器131，以反相輸入信號(hào)并將反相的信號(hào)傳輸?shù)诫娏鞣糯笃?31。脈沖發(fā)生器120產(chǎn)生脈沖P1，以接通/關(guān)斷電流放大器130和131。脈沖控制器110輸出控制信號(hào)，以控制脈沖發(fā)生器120。
如圖2所示，脈沖P1直接輸入到放大器130，從而具有與脈沖P1相同相位的電流P2被施加到驅(qū)動(dòng)線圈150的第一端a。通過反相器140對(duì)脈沖P1進(jìn)行反相，并將其輸入到放大器131，從而具有與脈沖P1相反相位的電流P3被施加到驅(qū)動(dòng)線圈150的第二端b。由于P2和P3反相，因此當(dāng)高電平信號(hào)被輸入到由點(diǎn)q1所示的驅(qū)動(dòng)線圈150的第一端a，和低電平信號(hào)被輸入到驅(qū)動(dòng)線圈150的第二端b時(shí)，電流從a流向b。當(dāng)?shù)碗娖叫盘?hào)被輸入到由點(diǎn)q2所示的驅(qū)動(dòng)線圈150的第一端a，和高電平信號(hào)被輸入到第二端b時(shí)，電流從b流向a。由于高/低電平信號(hào)相對(duì)于脈沖輪流輸入，因此電流被施加到驅(qū)動(dòng)線圈150上，以激勵(lì)在其上纏繞有驅(qū)動(dòng)線圈150的磁性材料磁芯。
用上述配置，當(dāng)磁性材料磁芯隨電流沿驅(qū)動(dòng)線圈150的流動(dòng)而充分激勵(lì)時(shí)，磁通量閘門100感測(cè)磁場(chǎng)，然后傳感器線圈(未示出)輸出模擬傳感器信號(hào)。磁通量閘門100還包括用于處理來自傳感器線圈的輸出模擬傳感器信號(hào)的附加模擬信號(hào)處理電路(未示出)。將處理過的模擬傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成將通過利用模擬傳感器信號(hào)而被傳輸?shù)狡渌到y(tǒng)的數(shù)字信號(hào)。
從磁通量閘門100輸出的模擬傳感器信號(hào)被輸入到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器170，以轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。為了使脈沖控制器110檢測(cè)模擬傳感器信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換是何時(shí)完成的，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器170如L1所示的連接到的磁通量閘門100的脈沖控制器110。濾波器180連接到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器170，以對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波。信號(hào)發(fā)送器190連接到濾波器180，以通過利用來自磁通量閘門100的傳感器信號(hào)將濾波了的信號(hào)發(fā)送到其他系統(tǒng)。來自磁通量閘門100的傳感器信號(hào)通過信號(hào)發(fā)送器190而被連接。
脈沖控制器110如由L1所示地連接到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器170，以響應(yīng)于來自模/數(shù)轉(zhuǎn)換器170的輸入信號(hào)而確定模/數(shù)轉(zhuǎn)換是否已完成。當(dāng)脈沖控制器110確定模/數(shù)轉(zhuǎn)換已完成時(shí)，將與門160的控制信號(hào)B轉(zhuǎn)換成低電平信號(hào)。剛一將低電平信號(hào)輸入到與門160時(shí)，與門160不輸出脈沖，從而電流放大器130和131被關(guān)斷，并且電流不施加到驅(qū)動(dòng)線圈150。
下文將參照?qǐng)D5和6描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、用于控制脈沖的測(cè)定裝置。圖5說明測(cè)定裝置的一個(gè)周期的波形，其中都相對(duì)于時(shí)間軸t而言，S1代表模/數(shù)轉(zhuǎn)換器170的“允許”信號(hào)、S2代表脈沖控制器110的諸如控制信號(hào)B的控制信號(hào)、S3代表由濾波器180濾波了的“允許”信號(hào)、和S4代表被處理后從信號(hào)發(fā)送器190輸出的信號(hào)傳輸“允許”信號(hào)。
圖6顯示本發(fā)明的控制方法的流程圖。就圖3-6而言，一旦判定磁通量閘門100啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)(S10)，脈沖控制器110向脈沖發(fā)生器120輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)以產(chǎn)生脈沖(S11)，并向與門160輸入一個(gè)諸如S2的高電平信號(hào)作為控制信號(hào)B(S12)。在輸入高電平信號(hào)作為控制信號(hào)B期間，與門160向電流放大器130和131輸出脈沖。在向電流放大器130和131輸入脈沖期間，驅(qū)動(dòng)線圈150驅(qū)動(dòng)，并且因而磁通量閘門輸出模擬傳感器信號(hào)。模擬傳感器信號(hào)輸入到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器170，以轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。即，諸如S2的高電平控制信號(hào)在t1輸入到與門160，并且諸如S1的模擬傳感器信號(hào)從磁通量閘門100輸出，并輸入到模/數(shù)控制器170，在此其在t2轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
當(dāng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換在t3完成時(shí)(S20)，脈沖控制器110檢測(cè)完成，并在t4向與門160輸入諸如S2的低電平信號(hào)，作為控制信號(hào)B。將如S3所示的轉(zhuǎn)換了的數(shù)字信號(hào)輸入到濾波器180，以在t4進(jìn)行濾波。當(dāng)濾波完成，將如S4所示的濾波的數(shù)字信號(hào)在t5輸入到信號(hào)發(fā)送器190，以發(fā)送到外部系統(tǒng)。
用本控制方法，當(dāng)磁通量閘門100啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)時(shí)，用于在一個(gè)周期內(nèi)驅(qū)動(dòng)磁通量閘門的驅(qū)動(dòng)線圈的電流開始流動(dòng)，并繼續(xù)流動(dòng)，直到判定通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器170對(duì)來自磁通量閘門100的傳感器信號(hào)的轉(zhuǎn)換已完成。
即，當(dāng)通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器170對(duì)來自磁通量閘門100的傳感器信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換已完成時(shí)，來自脈沖控制器110的控制信號(hào)B被轉(zhuǎn)換為低電平信號(hào)。由于輸入到與門160的控制信號(hào)B現(xiàn)在是低電平信號(hào)，脈沖被阻止輸入到電流放大器130和131，并且電流不施加到驅(qū)動(dòng)線圈150。因此，施加以驅(qū)動(dòng)磁通量閘門的電流量減少。
通過本發(fā)明可能的減少驅(qū)動(dòng)磁通量閘門所需的電流的例子如下若測(cè)定裝置的一個(gè)周期是5毫秒長(zhǎng)，則線圈的實(shí)際驅(qū)動(dòng)時(shí)間減少到大約20微秒。在這樣的情形中，若當(dāng)電源在一周期內(nèi)持續(xù)施加到驅(qū)動(dòng)線圈時(shí)常規(guī)磁通量閘門的功率消耗是100，則根據(jù)本發(fā)明的磁通量閘門的功率消耗減少到0.4，或減少到常規(guī)磁通量閘門的功率消耗的.4％。
采用根據(jù)本發(fā)明的具有磁通量閘門的測(cè)定裝置，驅(qū)動(dòng)磁通量閘門所需的電流量可急劇減少，從而可以減少整個(gè)測(cè)定裝置的功率消耗。
此處公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，而且盡管使用了特定術(shù)語，但是只是使用他們并用一般性和描述性的理解進(jìn)行說明，而并非為了限制的目的。相應(yīng)的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，可以在不背離如隨后的權(quán)利要求所述的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，而對(duì)其在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種改變。
權(quán)利要求
1.一個(gè)測(cè)定裝置，包括驅(qū)動(dòng)線圈，用于用電流激勵(lì)磁性材料磁芯；電流放大器，用于將電流施加到驅(qū)動(dòng)線圈的第一和第二端；具有脈沖發(fā)生器的磁通量閘門，用于產(chǎn)生接通/關(guān)斷電流放大器的脈沖；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將來自磁通量閘門的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；和脈沖控制器，用于輸出控制信號(hào)，該控制信號(hào)允許將脈沖施加到電流放大器直至確定通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換已完成。
2.如權(quán)利要求1所述的測(cè)定裝置，還包括用于將來自脈沖發(fā)生器的脈沖與來自脈沖控制器的控制信號(hào)進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，以將輸出發(fā)送到電流放大器的與門。
3.如權(quán)利要求2所述的測(cè)定裝置，其中當(dāng)磁通量閘門啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)時(shí)，所述脈沖控制器輸出高電平信號(hào)，當(dāng)確定通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換已完成時(shí)，所述脈沖控制器輸出低電平信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的測(cè)定裝置，其中脈沖控制器在確定模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換完成后的一預(yù)定時(shí)間段后輸出低電平信號(hào)。
5.具有磁通量閘門的測(cè)定裝置，包括脈沖控制器，用于在確定通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的來自磁通量閘門的模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換已完成時(shí)產(chǎn)生脈沖，以阻止電流流入磁通量閘門的驅(qū)動(dòng)線圈。
6.測(cè)定裝置的一種控制方法，該測(cè)定裝置具有驅(qū)動(dòng)線圈，用于用電流激勵(lì)磁性材料磁芯；電流放大器，用于將電流施加到驅(qū)動(dòng)線圈的第一和第二端；具有脈沖發(fā)生器的磁通量閘門，用于產(chǎn)生接通/關(guān)斷電流放大器的脈沖；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將來自磁通量閘門的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；和脈沖控制器，用于輸出控制脈沖發(fā)生器的控制信號(hào)，所述控制方法包括下列步驟a)當(dāng)磁通量閘門啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器并輸出控制信號(hào)，以將來自脈沖發(fā)生器的脈沖施加到電流放大器；和b)輸出控制信號(hào)，以在確定已通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器完成模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換時(shí)，不將來自脈沖發(fā)生器的脈沖施加到電流放大器。
7.如權(quán)利要求6所述的控制方法，其中測(cè)定裝置還具有用于將來自脈沖發(fā)生器的脈沖與來自脈沖控制器的控制信號(hào)進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，以將輸出發(fā)送到電流放大器的與門。
8.如權(quán)利要求7所述的控制方法，其中在a)中，脈沖控制器將高電平信號(hào)作為控制信號(hào)輸出到與門，和在b)中，脈沖控制器將低電平信號(hào)作為控制信號(hào)輸出到與門。
全文摘要
一種具有磁通量閘門的測(cè)定裝置及其控制方法，能夠減少施加以驅(qū)動(dòng)磁通量閘門的電流，該測(cè)定裝置包括驅(qū)動(dòng)線圈，用于用電流激勵(lì)磁性材料磁芯；電流放大器，用于將電流施加到驅(qū)動(dòng)線圈的第一和第二端；具有脈沖發(fā)生器的磁通量閘門，用于產(chǎn)生接通/關(guān)斷電流放大器的脈沖；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將來自磁通量閘門的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；和脈沖控制器，用于輸出控制信號(hào)，該控制信號(hào)允許將脈沖施加到電流放大器直至確定通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換已完成。
文檔編號(hào)G01R33/04GK1493887SQ03158549
公開日2004年5月5日 申請(qǐng)日期2003年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月18日
發(fā)明者李宇鐘, 崔相彥, 宋承哲 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社