專利名稱：一種直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種檢測設(shè)備，尤其是涉及一種直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備。
背景技術(shù)：
當(dāng)被測磁場具有平行于探頭縱向的分量時，在對稱交變磁場的激勵下，磁芯的磁狀態(tài)將發(fā)生"非對稱性"變化，磁芯外的感應(yīng)線圈上的感應(yīng)電壓隨外磁場的變化而變化，利用這一機(jī)理可對磁場矢量的分量進(jìn)行測量。相應(yīng)的檢測裝置廣泛用于測量地球磁場、地下管道及鐵磁物體探測、地質(zhì)勘探等，也可用于電流測試。 目前，探頭在電路板上固定需加工專門的安裝架和緊固件，兩者之間的電連接均
采用引線焊接方式，另外，電路常需要專用的封裝外殼，在結(jié)構(gòu)上增加了整個傳感器的體積和復(fù)雜性。近年來，相關(guān)技術(shù)人員采用微電子工藝制作了微磁測量裝置，如美國實用新型US20030173962A1等，但其產(chǎn)品噪聲較大，難以實用化，本實用新型將采用與此相關(guān)的印制電路板PCB工藝對測試裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)；為減小功耗，通常采用脈沖激勵方式，感應(yīng)電路采用二極管對管檢波，這使得感應(yīng)回路處于間歇閉合工作狀態(tài)；由于二極管參數(shù)對溫度變化十分敏感，致使整個測試裝置的輸出零點隨溫度的變化而變化，由此增加測試誤差，本實用新型采用雙路模擬開關(guān)及三種組合狀態(tài)來解決這一問題；探頭磁芯材料具有大的非線性特性，將使裝置的輸出信號產(chǎn)生非線性，本實用新型采用電流源電路解決這一問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的電路常需要專用的封裝外殼，在結(jié)構(gòu)上
增加了整個傳感器的體積和復(fù)雜性，而且產(chǎn)品噪聲較大，難以實用化等的技術(shù)問題；提供了
一種結(jié)構(gòu)簡單，噪聲較小且完全實用的直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備及其檢波方法。 本實用新型還有一目的是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的由于二極管參數(shù)對溫度變化十
分敏感，致使整個測試裝置的輸出零點隨溫度的變化而變化，由此增加測試誤差等的技術(shù)
問題；提供了一種整個測試裝置的輸出零點不會隨溫度的變化而變化，由此很大程度上降
低了測試誤差的直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備及其檢波方法。 本實用新型再有一 目的是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的探頭磁芯材料具有大的非線性
特性，將使裝置的輸出信號產(chǎn)生非線性等的技術(shù)問題；提供了一種不會使整個裝置的輸出
信號產(chǎn)生非線性的直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備及其檢波方法。 本實用新型的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的 —種直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備，其特征在于，包括探頭裝置以及與探頭裝置
相連的檢測模塊。 在上述的直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備，所述的探頭裝置包括至少兩個設(shè)置有安置槽并且兩端設(shè)有擋線翼的骨架，磁芯設(shè)置在安置槽內(nèi)，線圈繞組繞制在所述的骨架上。[0010] 在上述的直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備，還包括設(shè)置有若干金屬化孔焊盤的擋線條，上述的擋線翼上均設(shè)有若干金屬化孔焊盤，所述的擋線條疊放并固定在擋線翼上，所述的金屬化孔焊盤外圍均設(shè)置有覆銅層。 在上述的直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備，所述的骨架為兩根，分別為上骨架和下骨架，上下疊放設(shè)置，插針一、插針二、插針三、插針?biāo)?、插針五、插針六插針依次穿過上下骨架的擋線條的金屬化孔焊盤以及擋線翼上的金屬化孔焊盤將上下骨架相連并固定，所述的線圈繞組包括激勵線圈和感應(yīng)線圈及反饋線圈。 在上述的直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備，激勵線圈分別以上骨架和下骨架為磁芯
繞制在上骨架和下骨架上，感應(yīng)線圈以上骨架和下骨架組合整體為磁芯繞制在上骨架和下
骨架外圍并將激勵線圈包含在感應(yīng)線圈內(nèi)，反饋線圈以上骨架和下骨架組合整體為磁芯繞
制在上骨架和下骨架外圍并將激勵線圈以及感應(yīng)線圈包含在反饋線圈內(nèi)。 在上述的直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備，所述的檢測模塊包括分別設(shè)有金屬化孔
焊盤的并上下疊放的兩塊電路板，它還包括設(shè)置在電路板之間兩塊封裝條，激勵電路、感應(yīng)
電路以及反饋電路均設(shè)置在封裝條之間并設(shè)置在電路板之間，所述的感應(yīng)電路分別與激勵
電路以及反饋電路相連。 實際使用中，為簡便計，可以將反饋線圈并入感應(yīng)線圈形成具有復(fù)合功能的反饋/感應(yīng)線圈，這時反饋電路可用一 電阻替代。 在上述的直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備，所述的激勵電路包括激勵電容以及通過與插針一和插針?biāo)呐c激勵電容連接的驅(qū)動器。 在上述的直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備，所述的感應(yīng)電路包括通過與插針二相連的串聯(lián)電容，以及與插針五連接的模擬開關(guān)一，串聯(lián)電容上還連接有模擬開關(guān)二，所述的模擬開關(guān)一還分別與串聯(lián)電容以及模擬開關(guān)二相連接，感應(yīng)電路還包括分別與模擬開關(guān)一以及模擬開關(guān)二相連的單片機(jī)，以及設(shè)置在模擬開關(guān)一與模擬開關(guān)二之間的并聯(lián)電阻以及與并聯(lián)電阻并聯(lián)的并聯(lián)電容。 在上述的直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備，所述的反饋電路包括反饋電阻一，反饋電阻一通過運算放大器及反饋電阻二與插針三連接，所述的運算放大器輸出端與插針六相連。
因此，本實用新型具有如下優(yōu)點1.設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡單，噪聲較小且完全實用；
2. 整個測試裝置的輸出零點不會隨溫度的變化而變化，由此很大程度上降低了測試誤差；
3. 不會使整個裝置的輸出信號產(chǎn)生非線性。

圖1為高導(dǎo)磁率低矯頑力磁芯示意圖。 圖2為"工"字形骨架結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為插針示意圖。 圖4為擋線條結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5為僅繞制激勵線圈的探頭結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6為已繞制感應(yīng)線圈與激勵線圈的探頭結(jié)構(gòu)示意圖。 圖7為已繞制反饋線圈及感應(yīng)線圈與激勵線圈的完整的探頭結(jié)構(gòu)示意圖。 圖8為電路封裝條結(jié)構(gòu)示意圖。 圖9為檢測模塊外形結(jié)構(gòu)示意圖。[0028] 圖10為檢測模塊剖面結(jié)構(gòu)示意圖。 圖11為檢測設(shè)備電路原理圖。 圖12為本實用新型的電壓輸出信號示意圖。 圖13為本實用新型的結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實施方式下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。圖中，磁芯1、骨架2、上骨架201、下骨架202、安置槽3、擋線翼4、金屬化孔焊盤5、覆銅層6、插針一 71、插針二 72、插針三73、插針?biāo)?4、插針五75、插針六76、擋線條8、激勵線圈9、線頭10、感應(yīng)線圈11、反饋線圈12、探頭13、封裝條14、電路板15、檢測模塊33、電子元件17、單片機(jī)18、驅(qū)動器19、激勵電容20、串聯(lián)電容21、模擬開關(guān)一 221、模擬開關(guān)二 222、并聯(lián)電容23、并聯(lián)電阻24、運算放大器25、反饋電阻一 26、反饋電阻二 27、探頭裝置30、檢測模塊31、激勵電路34、感應(yīng)電路35、反饋電路36。[0033] 實施例 —種直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備，包括探頭裝置30以及與探頭裝置30相連的檢測模塊31。探頭裝置30包括至少兩個設(shè)置有安置槽3并且兩端設(shè)有擋線翼4的骨架2，磁芯1設(shè)置在安置槽3內(nèi)，線圈繞組37繞制在所述的骨架2上。本實用新型還包括設(shè)置有若干金屬化孔焊盤5的擋線條8，擋線翼4上均設(shè)有若干金屬化孔焊盤5，擋線條8疊放并固定在擋線翼4上，所述的金屬化孔焊盤5外圍均設(shè)置有覆銅層6。如圖l，選擇磁芯1為高磁導(dǎo)率和低矯頑力的非晶態(tài)帶，寬度為2mm，長為20mm。如圖2、圖3、圖4，采用印制電路板制作工藝包括覆銅板腐蝕、金屬化、數(shù)控設(shè)備銑等制作"工"字形骨架2及擋線條8，"工"字形骨架2上開有縱槽3，其兩端有擋線翼4，每個擋線翼4上有兩對金屬化孔焊盤5，每個擋線條8上有三對金屬化孔焊盤5，磁芯1放在縱槽3內(nèi)用硅橡膠固定，縱槽3深0. 9mm，寬2. lmm。 骨架2為兩根，分別為上骨架201和下骨架202，上下疊放設(shè)置，插針一 71、72、73、74、75、76依次穿過上下骨架2的擋線條8的金屬化孔焊盤5以及擋線翼4上的金屬化孔焊盤5將上下骨架2相連并固定，所述的線圈繞組37包括激勵線圈9和感應(yīng)線圈11及反饋線圈12。如圖5，在兩個"工"字形骨架2各自繞制線圈并以串聯(lián)方式引出兩線頭IO，將兩骨架相背也可相向?qū)R迭放焊接插針7，再對齊放置擋線條8用插針焊接成為一個整體，將上述兩線頭10焊接在金屬化孔焊盤5內(nèi)，這時，兩"工"字形骨架2上繞制的線圈形成串聯(lián)反接組成激勵線圈9，該線圈線頭10通過覆銅層6與插針一 71及插針?biāo)?4實現(xiàn)電連接。[0036] 激勵線圈9分別以上骨架201和下骨架202為磁芯繞制在上骨架201和下骨架202上，感應(yīng)線圈11以上骨架201和下骨架202組合整體為磁芯繞制在上骨架201和下骨架202外圍并將激勵線圈9包含在感應(yīng)線圈11內(nèi)，反饋線圈12以上骨架201和下骨架202組合整體為磁芯繞制在上骨架201和下骨架202外圍并將激勵線圈9以及感應(yīng)線圈11包含在反饋線圈12內(nèi)。如圖6、圖7，在已繞制激勵線圈9的骨架上繞制感應(yīng)線圈ll及反饋線圈12，其線頭10焊接在金屬化孔焊盤5內(nèi)，感應(yīng)線圈11的線頭10通過覆銅層6與插針二 72及插針五75實現(xiàn)電連接，反饋線圈12的線頭10通過覆銅層6與插針三73及插針六76實現(xiàn)電連接，這樣，整個雙磁芯探頭13就制作完成了。[0037] 感應(yīng)線圈11與反饋線圈12的疊放層次可以交換，即，可以先繞反饋線圈12，將反饋線圈12包含在感應(yīng)線圈11內(nèi)，且感應(yīng)線圈ll可以比反饋線圈12的長度短一些。[0038] 檢測模塊33包括分別設(shè)有金屬化孔焊盤5的并上下疊放的兩塊電路板15，它還包括設(shè)置在電路板15之間兩塊封裝條14，激勵電路34、感應(yīng)電路35以及反饋電路36均設(shè)置在封裝條14之間并設(shè)置在電路板15之間，所述的感應(yīng)電路35分別與激勵電路34以及反饋電路36相連。如圖8、圖9、圖10，采用印制電路板制作工藝包括覆銅板腐蝕、金屬化、數(shù)控設(shè)備銑等制作電路板15及封裝條14，電路板15及封裝條14上具有金屬化孔焊盤5，插針一 71、72、73、74、75、76穿過電路板15及封裝條14上的金屬化孔焊盤5并焊接成一個整體，電路板15之間的電連接及整個電路模塊16的電信號輸入輸出均通過插針一 71、插針二 72、插針三73、插針?biāo)?4、插針五75、插針六76實現(xiàn)，將電路模塊16寬度方向上的插針一 71、72、73、74、75、76露出電路板15的部分用斜口鉗剪去，電子元件17焊接在電路板15 如圖ll，將探頭13與電路模塊16的相應(yīng)引腳按如圖11方式連接即得到本實用新型的磁場檢測裝置。激勵電路驅(qū)動器19通過激勵電容20與插針一 71和插針?biāo)?4連接，單片機(jī)18控制驅(qū)動器19在探頭13激勵線圈9中產(chǎn)生激勵磁場對磁芯1進(jìn)行激勵，驅(qū)動器19為MOSFET互補(bǔ)對管，也可用三極管互補(bǔ)對管替代，單片機(jī)18采用PIC16F508。當(dāng)被測磁場具有平行于探頭縱向的分量時，在對稱交變磁場的激勵下，磁芯1的磁狀態(tài)將發(fā)生"非對稱性"變化，磁芯外的感應(yīng)線圈11上的感應(yīng)電壓隨外磁場的變化而變化；感應(yīng)電路模擬開關(guān)22通過串聯(lián)電容21與插針二 72和插針五75連接，并聯(lián)電容23與并聯(lián)電阻24并聯(lián)組成濾波電路，再與模擬開關(guān)22相連接；反饋電路反饋電阻一26通過運算放大器25及反饋電阻二 27與插針三73c和插針六76c'連接，以補(bǔ)償電壓為輸入信號，以反饋線圈12為負(fù)載，反饋電阻一 26與運算放大器25及反饋電阻二 27組成電流源電路，將補(bǔ)償電壓轉(zhuǎn)換成電流在反饋線圈12中產(chǎn)生與外界磁場方向相反的磁場，使磁芯1受到的合成磁場減小甚至等于零，提高檢測裝置輸出信號的線性度。 本實施例中的激勵線圈9、感應(yīng)線圈11以及反饋線圈12分別與激勵電路34、感應(yīng)電路35以及反饋電路36相連接，因此，本實施例中的插針一 71、插針二 72、插針三73、插針?biāo)?4、插針五75、插針六76與激勵線圈9、感應(yīng)線圈11、反饋線圈12、激勵電路34、感應(yīng)電路35以及反饋電路36的連接方式并不是唯一方式，事實上，只要按照上述對應(yīng)連接的方式就可以了。另外，本實施例中的激勵線圈9的繞制方法，是由一根線圈串聯(lián)繞制在上骨架201和下骨架202上，然后將上骨架201翻轉(zhuǎn)疊放在下骨架202上。 另外，本專利所述探頭結(jié)構(gòu)僅適用于均勻磁場情形，這時，磁場對應(yīng)的磁力線為直線，與本專利所述的直線型探頭相適應(yīng)。電流通過直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場對應(yīng)的磁力線為環(huán)形線，當(dāng)檢測由直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場時，探頭應(yīng)改為環(huán)形。磁場可由永磁體、地球自轉(zhuǎn)、帶電流的導(dǎo)線等多種源產(chǎn)生，其相應(yīng)的裝置可能稱為永磁體檢測裝置、磁場檢測裝置或電流檢測裝置，但無論檢測由何種源所產(chǎn)生的磁場或者裝置為何種名稱，但本質(zhì)上均為磁場檢測裝置，其所用探頭結(jié)構(gòu)與電路的相關(guān)技術(shù)屬于本專利的保護(hù)范圍。 本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。[0043] 盡管本文較多地使用了磁芯1、骨架2、上骨架201、下骨架202、安置槽3、擋線翼4、金屬化孔焊盤5、覆銅層6、插針一 71、插針二 72、插針三73、插針?biāo)?4、插針五75、插針六76、擋線條8、激勵線圈9、線頭10、感應(yīng)線圈11、反饋線圈12、探頭13、封裝條14、電路板15、檢測模塊33、電子元件17、單片機(jī)18、驅(qū)動器19、激勵電容20、串聯(lián)電容21、模擬開關(guān)一221、模擬開關(guān)二 222、并聯(lián)電容23、并聯(lián)電阻24、運算放大器25、反饋電阻一 26、反饋電阻二 27、探頭裝置30、檢測模塊31、激勵電路34、感應(yīng)電路35、反饋電路36等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本實用新型的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本實用新型精神相違背的。
權(quán)利要求一種直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備，其特征在于，包括探頭裝置(30)以及與探頭裝置(30)相連的檢測模塊(31)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備，其特征在于，所述的探頭裝 置(30)包括至少兩個設(shè)置有安置槽(3)并且兩端設(shè)有擋線翼(4)的骨架(2)，磁芯(1)設(shè) 置在安置槽(3)內(nèi)，線圈繞組(37)繞制在所述的骨架(2)上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備，其特征在于，所述的直流及 低頻磁場信號檢測設(shè)備還包括設(shè)置有若干金屬化孔焊盤(5)的擋線條(8)，上述的擋線翼 (4)上均設(shè)有若干金屬化孔焊盤(5)，所述的擋線條(8)疊放并固定在擋線翼(4)上，所述 的金屬化孔焊盤(5)外圍均設(shè)置有覆銅層(6)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備，其特征在于，所述的骨架(2) 為兩根，分別為上骨架(201)和下骨架(202)，上下疊放設(shè)置，插針一 (71)、插針二 (72)、插 針三(73)、插針?biāo)?74)、插針五(75)、插針六(76)依次穿過上下骨架(2)的擋線條(8)的 金屬化孔焊盤(5)以及擋線翼(4)上的金屬化孔焊盤(5)將上下骨架(2)相連并固定，所 述的線圈繞組(37)包括激勵線圈(9)和感應(yīng)線圈(11)及反饋線圈(12)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備，其特征在于，激勵線圈(9)分 別以上骨架(201)和下骨架(202)為磁芯繞制在上骨架(201)和下骨架(202)上，感應(yīng)線圈 (11)以上骨架(201)和下骨架(202)組合整體為磁芯繞制在上骨架(201)和下骨架(202) 外圍并將激勵線圈(9)包含在感應(yīng)線圈(11)內(nèi)，反饋線圈(12)以上骨架(201)和下骨架 (202)組合整體為磁芯繞制在上骨架(201)和下骨架(202)外圍并將激勵線圈(9)以及感 應(yīng)線圈(11)包含在反饋線圈(12)內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備，其特征在于，所述的檢 測模塊(33)包括分別設(shè)有金屬化孔焊盤(5)的并上下疊放的兩塊電路板(15)，它還包括設(shè) 置在電路板(15)之間兩塊封裝條(14)，激勵電路(34)、感應(yīng)電路(35)以及反饋電路(36) 均設(shè)置在封裝條(14)之間并設(shè)置在電路板(15)之間，所述的感應(yīng)電路(35)分別與激勵電 路(34)以及反饋電路(36)相連。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備，其特征在于，所述的激勵電 路(34)包括激勵電容(20)以及通過與插針一 (71)和插針?biāo)?74)與激勵電容(20)連接 的驅(qū)動器(19)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備，其特征在于，所述的感應(yīng)電 路(35)包括通過與插針二 (72)相連的串聯(lián)電容(21)，以及與插針五(75)連接的模擬開 關(guān)一 (221)，串聯(lián)電容(21)上還連接有模擬開關(guān)二 (222)，所述的模擬開關(guān)一 (221)還分別 與串聯(lián)電容(21)以及模擬開關(guān)二 (222)相連接，感應(yīng)電路(35)還包括分別與模擬開關(guān)一 (221)以及模擬開關(guān)二 (222)相連的單片機(jī)(18)，以及設(shè)置在模擬開關(guān)一 (221)與模擬開 關(guān)二 (222)之間的并聯(lián)電阻(24)以及與并聯(lián)電阻(24)并聯(lián)的并聯(lián)電容(23)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備，其特征在于，所述的反饋電 路(36)包括反饋電阻一 (26)，反饋電阻一 (26)通過運算放大器(25)及反饋電阻二 (27) 與插針三(73)連接，所述的運算放大器(25)輸出端與插針六(76)相連。
專利摘要本實用新型涉及一種檢測設(shè)備及其檢波方法，尤其是涉及一種直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備及其檢波方法。一種直流及低頻磁場信號檢測設(shè)備，其特征在于，包括探頭裝置(30)以及與探頭裝置(30)相連的檢測模塊(31)。因此，本實用新型具有如下優(yōu)點1.設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡單，噪聲較小且完全實用；2.整個測試裝置的輸出零點不會隨溫度的變化而變化，由此很大程度上降低了測試誤差；3.不會使整個裝置的輸出信號產(chǎn)生非線性。
文檔編號G01R33/02GK201477199SQ20092022785
公開日2010年5月19日 申請日期2009年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月3日
發(fā)明者曹宜 申請人:曹宜