用于水下磁異常網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于水下磁異常網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器。該感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器包括：三軸磁場(chǎng)傳感器模塊，包括探測(cè)方向兩兩垂直的三支傳感器本體；信號(hào)處理模塊，包括三組信號(hào)處理電路，分別與三支傳感器本體相連接，用于對(duì)三支傳感器本體輸出的信號(hào)分別進(jìn)行放大和濾波；以及信號(hào)采集電路，與信號(hào)處理模塊的三組信號(hào)處理電路相連接，用于將放大濾波后的信號(hào)調(diào)整信號(hào)帶寬至預(yù)設(shè)帶寬，并對(duì)三組信號(hào)分別進(jìn)行采集輸出。本發(fā)明通過在原有的細(xì)長(zhǎng)型磁芯兩端加磁盤聚集磁通，等效的提高了磁芯的長(zhǎng)徑比，提高了磁場(chǎng)傳感器的靈敏度。
【專利說(shuō)明】用于水下磁異常網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子行業(yè)磁場(chǎng)傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于水下磁異常網(wǎng)絡(luò)的 感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002] 高性能的磁場(chǎng)傳感器可以用于目標(biāo)體引起的磁場(chǎng)異常探測(cè)，例如重要港口的海底 監(jiān)測(cè)網(wǎng)、水下目標(biāo)探測(cè)與跟蹤、海底監(jiān)測(cè)與預(yù)警網(wǎng)、陸上要地監(jiān)測(cè)網(wǎng)等建設(shè)，具有無(wú)源性、不 易為目標(biāo)體發(fā)現(xiàn)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 意大利海軍研究部門于2004年開發(fā)了一套聲磁結(jié)合的反蛙人港口防護(hù)系統(tǒng) (Magnetic-Acoustic System，簡(jiǎn)稱MAC系統(tǒng)），該系統(tǒng)利用磁傳感器作為聲納系統(tǒng)的補(bǔ)充 用來(lái)對(duì)港口附近海域進(jìn)行預(yù)警檢測(cè)。以色列原子能機(jī)構(gòu)下屬的一個(gè)研究小組開展了磁傳感 器網(wǎng)絡(luò)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)、定位與跟蹤研究。通過用磁偶極子模型對(duì)目標(biāo)建模，假設(shè)目標(biāo)的 運(yùn)行軌跡為勻速直線并通過先進(jìn)的信號(hào)處理方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)的即時(shí)檢測(cè)和精確定位跟 蹤?？梢?，在海岸預(yù)警技術(shù)方面，感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器是不可或缺的核心技術(shù)，直接制約著我 國(guó)海岸預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展。
[0004] 然而，目前海岸預(yù)警新技術(shù)和儀器中，以磁阻式磁場(chǎng)傳感器和磁通門磁場(chǎng)傳感器 應(yīng)用最為廣泛。然而，磁阻式磁場(chǎng)傳感器靈敏度一般大于InT/ V Hz，不僅識(shí)別目標(biāo)距離近， 且對(duì)于一些小目標(biāo)無(wú)法識(shí)別，嚴(yán)重制約了水下軍事監(jiān)測(cè)范圍和精度。磁通門式磁場(chǎng)傳感器 雖然靈敏度較低，一般為5pT/ V Hz，但是其功耗較大，一般為400mW，對(duì)海底供能要求較高， 尤其在多節(jié)點(diǎn)的情況下，若要形成廣泛的軍事監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)耗費(fèi)巨大，不適合于供電要求苛刻 的海底探測(cè)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] (一）要解決的技術(shù)問題
[0006] 鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于水下磁異常網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感 器，以提高磁場(chǎng)傳感器的靈敏度，減小其體積。
[0007] (二）技術(shù)方案
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于水下磁異常網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器。 該感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器包括：三軸磁場(chǎng)傳感器模塊，包括探測(cè)方向兩兩垂直的三支傳感器本 體；信號(hào)處理模塊，包括三組信號(hào)處理電路，分別與三支傳感器本體相連接，用于對(duì)三支傳 感器本體輸出的信號(hào)分別進(jìn)行放大和濾波；以及信號(hào)采集電路，與信號(hào)處理模塊的三組信 號(hào)處理電路相連接，用于將放大濾波后的信號(hào)調(diào)整信號(hào)帶寬至預(yù)設(shè)帶寬，并對(duì)三組信號(hào)分 別進(jìn)行采集輸出。
[0009] (三）有益效果
[0010] 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明用于水下磁異常網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器具有 以下有益效果： toon] (1)本發(fā)明采用了磁通聚集器，通過在原有的細(xì)長(zhǎng)型磁芯兩端加磁盤聚集磁通，等 效的提高了磁芯的長(zhǎng)徑比，突破了傳統(tǒng)感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器在有限空間內(nèi)的噪聲極限，提高 了磁場(chǎng)傳感器的靈敏度，約為1〇ρΤ/ V Hz。
[0012] (2)本發(fā)明采用采用低功耗零漂移放大芯片，在實(shí)現(xiàn)低噪聲放大的同時(shí)抑制了 1/ f噪聲，并且，放大電路的功耗僅為350 μ W，極大地減輕了海底供能的負(fù)擔(dān)，適于形成海底 探測(cè)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于水下磁異常網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器中一傳感器 本體及與其相連的放大電路的示意圖；
[0014] 圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于水下磁異常網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器中傳感器本 體模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于水下磁異常網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器中信號(hào)處理 模塊中一組信號(hào)處理電路的結(jié)構(gòu)框圖；
[0016] 圖4為圖3中放大電路中放大電路的電路圖；
[0017] 圖5為圖3中放大電路中濾波電路的電路圖；
[0018] 圖6為圖3中放大電路中信號(hào)采集電路的電路圖；
[0019] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例用于水下磁異常網(wǎng)絡(luò)的超低功耗感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器本底噪 聲水平指標(biāo)。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在附圖或說(shuō)明書描述中，相似或相同的部 分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員 所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無(wú)需確切等 于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。實(shí)施例中提到的 方向用語(yǔ)，例如"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的 方向用語(yǔ)是用來(lái)說(shuō)明并非用來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0021] 本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)實(shí)要求提出的用于水下磁異常網(wǎng)絡(luò)的超低功耗感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感 器。
[0022] 在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種用于水下磁異常網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)式磁場(chǎng) 傳感器。圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于水下磁異常網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器中一傳感器本 體及與其相連的放大電路的示意圖。
[0023] 請(qǐng)參照?qǐng)D1,本實(shí)施例感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器包括：
[0024] 三軸磁場(chǎng)傳感器模塊，包括探測(cè)方向兩兩垂直的三支傳感器本體；
[0025] 信號(hào)處理模塊，包括三組信號(hào)處理電路，分別與三支傳感器本體相連接，用于對(duì)三 支傳感器本體輸出的信號(hào)分別進(jìn)行放大和濾波；以及
[0026] 信號(hào)采集電路，與信號(hào)處理模塊的三組信號(hào)處理電路相連接，用于將放大濾波后 的信號(hào)調(diào)整信號(hào)帶寬至預(yù)設(shè)帶寬，并對(duì)三組信號(hào)分別進(jìn)行采集輸出。
[0027] 以下分別對(duì)本實(shí)施例用于水下磁異常網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器的各個(gè)組成部分 進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0028] 一、三軸磁場(chǎng)傳感器模塊
[0029] 圖2根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于水下磁異常網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器中傳感器本體 模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，將三支磁場(chǎng)傳感器本體兩兩垂直，集成固定在一起，連同 信號(hào)處理模塊和信號(hào)采集模塊一起由鋁屏蔽盒封閉，以屏蔽高頻電場(chǎng)。
[0030] 本實(shí)施例中，封裝后的三軸磁場(chǎng)傳感器模塊的總體積為7. 6cmX 7. 6cmX 7. 6cm。小 的體積保證了該磁場(chǎng)傳感器可以廣泛的網(wǎng)狀布置在近海岸，實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量目標(biāo)。
[0031] 請(qǐng)參照?qǐng)D1和圖2,傳感器本體包括：磁芯結(jié)構(gòu)，縱剖面呈工字型，中間部分為細(xì)長(zhǎng) 棒狀的磁芯，兩端部分為扁平狀磁通量聚焦器；骨架，套設(shè)于磁芯結(jié)構(gòu)磁芯的外側(cè)；感應(yīng)線 圈，均勻纏繞于骨架上，磁芯的外圍。
[0032] 本發(fā)明的磁芯結(jié)構(gòu)呈工字型，中間為細(xì)長(zhǎng)的圓柱體磁芯，長(zhǎng)度為5cm，直徑為 0. 5cm，兩端為扁平狀圓柱體，稱為磁通聚集器，長(zhǎng)度為0. 4cm，直徑為3cm。這三部分磁芯緊 密的固定在一起。
[0033] 磁芯材料均采用軟磁鐵氧體材料。該材料的初始磁導(dǎo)率高、電導(dǎo)率低，可以實(shí)現(xiàn)磁 感應(yīng)強(qiáng)度的無(wú)損耗放大，從而達(dá)到所需靈敏度。
[0034] 多阻線圈采用無(wú)氧銅漆包線的方式實(shí)現(xiàn)，漆包線直徑在0. 035mm_0. 56mm，每層圈 數(shù)在100-4, 000匝，共纏繞1-40層，總?cè)?shù)約為1，000-400, 000匝，保證足夠的靈敏度。
[0035] 本實(shí)施例中，對(duì)于每一傳感器本體而言，其長(zhǎng)度為6. 5cm，截面積為3. 2cmX 3. 2cm。
[0036] 二、信號(hào)處理模塊
[0037] 信號(hào)處理模塊包括三組并行的信號(hào)處理電路。圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于水下 磁異常網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器中信號(hào)處理模塊中一組信號(hào)處理電路的結(jié)構(gòu)框圖。如圖3 所示，每一信號(hào)處理電路包括：放大電路，用于對(duì)相應(yīng)磁場(chǎng)傳感器本體感應(yīng)線圈輸出的信號(hào) 進(jìn)行放大；濾波電路，與放大電路相連接，用于對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行濾波，以濾除噪聲。
[0038] 2.1放大電路
[0039] 圖4為圖3中信號(hào)處理電路中放大電路的電路圖。如圖4所示，該放大模塊主要 由芯片0PA333(U1)組成，該芯片可同時(shí)滿足低噪聲及自動(dòng)穩(wěn)零，且具有較低功耗。
[0040] 請(qǐng)參照?qǐng)D4,該放大電路包括：
[0041] 調(diào)諧單元，包括串聯(lián)的第一調(diào)諧電阻R1和第一調(diào)諧電容C1，其中，第一調(diào)諧電阻 R1的一側(cè)連接至的公共端COM(1. 65V)，第一調(diào)諧電容C1的一側(cè)連接至相應(yīng)感應(yīng)線圈的信 號(hào)輸出端X ;
[0042] 限幅模塊，包括首尾相接的第一二極管D1和第二二極管D2,其中，第一二極管D1 的正極連接至電源正VCC ;第二二極管D2的負(fù)極連接至電源地VSS ;第一二極管D1的負(fù)極 和第二二極管D2的正極共同連接至相應(yīng)感應(yīng)線圈的信號(hào)輸出端X ;
[0043] T型網(wǎng)絡(luò)，其第一端連接至地；
[0044] 放大模塊，為0PA333芯片U1，其管腳1通過第二電阻R2連接至感應(yīng)線圈的信號(hào)輸 出端X ;其管腳2連接至電源地VSS，其管腳3通過第三電阻R3連接至公共端C0M，并連接 至T型網(wǎng)絡(luò)的第二端；其管腳4連接T型網(wǎng)絡(luò)的第三端，并作為第一放大模塊的輸出S1其 管腳5連接至電源正VCC，并通過第三電容連接至電源地VSS ;其管腳3和管腳4之間通過 第二電容C2連接。
[0045] 本實(shí)施例中，T型網(wǎng)絡(luò)包括：第四電阻，其第一端連接至0PA333芯片的管腳3 ;第 五電阻R5,其第一端連接至0PA333芯片的管腳4 ;以及第六電阻R6,其第一端連接至第四 電阻R4的第二端和第五電阻R5的第二端；其第二端接地。
[0046] 本實(shí)施例中，公共端COM的電壓為1.65V，電源正的電壓為3. 6V。限幅模塊中兩二 極管的型號(hào)均為BAV199。第一電阻R1、第四電阻R4和第五電阻R5的阻值均為100kQ ;第 二電阻R2和第三電阻R3的阻值均為10k Ω，第六電阻R6的阻值為180 Ω。第一電容C1的 電容值為15nF，第二電容C2的電容值為270nF，第三電容C3的電容值為0. 1 μ F。
[0047] 2. 2濾波電路
[0048] 圖5為圖3中放大電路中濾波電路的電路圖。如圖5所示，該模塊主要由芯片 0PA2369(U2)構(gòu)成，其中，0ΡΑ2369為雙運(yùn)放芯片，可搭建二級(jí)濾波器，更好的實(shí)現(xiàn)傳感器的 帶寬。
[0049] 請(qǐng)參照?qǐng)D5,該濾波模塊包括：第一階低通濾波器；第二階低通濾波器；以及第三 階濾波器。其中，第一階低通濾波器和第二階低通濾波器為相同的低通濾波器。
[0050] 第一階低通濾波器包括：0PA2369運(yùn)放芯片U2A。該0PA2369運(yùn)放芯片U2A管腳1 輸出濾波后信號(hào)S1，管腳2串聯(lián)第八電阻R8和第七電阻R7接信號(hào)輸入S1 ;將第七電阻R7 和第八電阻R8接點(diǎn)處記為P，則P點(diǎn)處串聯(lián)第四電容C4到GND ;管腳1和管腳2連接第五 電容C5,管腳1和P點(diǎn)間連接第九電阻R9 ;管腳3串聯(lián)第十電阻R10到電源地VSS ;管腳4 接電源地VSS ;管腳5接電源正VCC，同時(shí)串聯(lián)第三電容C3到電源地VSS。
[0051] 第二階低通濾波器包括：0PA2369運(yùn)放芯片U2B。該0PA2369運(yùn)放芯片U2B管腳7 輸出濾波后信號(hào)，管腳6串聯(lián)第十三電阻R13和第^ 電阻R11接信號(hào)輸入S1 ;將第十三 電阻R13和第i^一電阻R11接點(diǎn)處即為P，則P點(diǎn)處串聯(lián)第七電容C7到GND ;管腳7和管腳 6連接第八電容C8,管腳7和P點(diǎn)間連接第十二電阻R12 ;管腳5串聯(lián)第十四電阻R14到電 源地VSS。
[0052] 本實(shí)施例中，第七電阻R7與第九電阻R9的阻值為110kQ，第八電阻R8的阻值為 lOOkQ，第十電阻R10的阻值為ΙΟΙ?Ω，第四電容C4的電容值為150nF，第五電容C5的電容 值為68nF，第六電容C6的電容值為0. 1 μ F。第二階低通濾波器中相應(yīng)的器件與第一階低 通濾波器中相應(yīng)的器件參數(shù)相同，此處不再詳細(xì)描述。
[0053] 第三階濾波器為0ΡΑ333芯片U3,其管腳1串聯(lián)第九電容C9連接至第二濾波器輸 出端，同時(shí)串聯(lián)第十五電阻R15到GND ;其管腳2連接至電源地VSS，其管腳3串聯(lián)第十六電 阻R16到COM端；管腳3和管腳4之間連接第十七電阻R17和第十電容C10的并聯(lián)；管腳4 串聯(lián)第十二電容輸出信號(hào)S2,同時(shí)接第十八電阻到GND ;管腳5接電源正VCC，同時(shí)串聯(lián)第 三電容C11到電源地VSS。
[0054] 本實(shí)施例中，第九電容R9與第十二電容R9電容值為22yF，第十五電阻R15與 第十八電阻R18的阻值為1M，第十六電阻R16的阻值為10kQ，第十七電阻R17的阻值為 lOOkQ，第十電容C10的電容值為100nF，第^-一電容C11的電容值為0. 1 μ F。
[0055] 三、信號(hào)采集電路
[0056] 圖6為圖3中放大電路中采集模塊的電路圖。如圖6所示，該采集模塊由8位AD 采集芯片AD7682芯片U4構(gòu)成，其滿足一般要求且具有極低功耗，該AD7682芯片U4的各個(gè) 管腳設(shè)置如下：
[0057] 管腳1連接至電源正VDD，并通過第三十七電容C37連接至地；
[0058] 管腳2連接至AD參考電壓VREF，并通過第三十九電容C39連接至地；
[0059] 管腳3通過第四十電容C40連接至地；
[0060] 管腳4和管腳5連接至地；
[0061] 管腳7,管腳16,管腳18分別接三組信號(hào)處理電路的輸出端一 S4, S2, S3 ;
[0062] 管腳連10接至公共端COM ;
[0063] 管腳11和管腳12分別連接至外部輸出控制字CNV和DIN，控制并選擇該AD7682 芯片輸出由三組輸入信號(hào)中的哪一組采集的數(shù)字信號(hào)；
[0064] 管腳13連接至外部時(shí)鐘序列SCK的輸入端；
[0065] 管腳15連接至電源正VDD，并通過第三十八電容C38連接至地；
[0066] 管腳16連接至濾波模塊的信號(hào)輸出端；
[0067] 管腳20連接至電源正VDD ;
[0068] 管腳21連接至地；
[0069] 管腳 6、8、9、17、19 懸空；
[0070] 管腳14作為該采集模塊的輸出端。
[0071] 其中，第三十七電容C37,第三十八電容C38和第四十電容C40的電容值為0. luF ; 第三十九電容C39的電容值為10uF ;AD參考電壓VREF的電壓值為3. 3V。
[0072] 四、供電模塊：
[0073] 本實(shí)施例用于水下磁異常網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器還包括：供電模塊，用于產(chǎn)生 信號(hào)處理模塊和信號(hào)采集模塊中需要的參考電壓COM和VREF。
[0074] 供電模塊由一般電池單電源供電，供電電壓在3. 3V-5. 2V之間，通過電源芯片產(chǎn) 生參考電壓等，在此不再?gòu)?fù)述。
[0075] 本實(shí)施例中放大電路具有兩大特征：
[0076] (1)電路具有極低的功耗，三軸磁場(chǎng)傳感器的功耗僅為350 μ W，可由電池長(zhǎng)期供 電，使其可大量廣泛的布置在近海岸而不需要太大的成本；
[0077] (2)低噪聲及自動(dòng)穩(wěn)零。首先，線圈感應(yīng)信號(hào)輸入的第一級(jí)放大器具有極低的等效 輸入噪聲，其次，該低噪聲放大器利用自動(dòng)穩(wěn)零技術(shù)抑制電路Ι/f噪聲，同時(shí)，抑制磁場(chǎng)傳 感器的等效輸入Ι/f噪聲；通過磁芯、線圈和低噪聲放大電路的相互匹配，該磁場(chǎng)傳感器的 等效輸入磁場(chǎng)噪聲可達(dá)到12pT/ V ΗζΟΙΗζ，最低可達(dá)到4pT/ V Ηζ@7Ηζ，帶寬為20mHz-7Hz， 如圖7所示，可見其完全滿足對(duì)水下磁異常進(jìn)行監(jiān)測(cè)的需要。
[0078] 至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)對(duì)本發(fā)明用于水下磁異常網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器有了清楚的認(rèn)識(shí)。
[0079] 此外，上述對(duì)各元件和方法的定義并不僅限于實(shí)施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形 狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單地更改或替換，例如：
[0080] (1)芯片0PA333還可以用AD8229代替；
[0081] (2)鐵氧體磁芯可以用坡莫合金材料或納米晶來(lái)代替。
[0082] 綜上所述，本發(fā)明磁場(chǎng)傳感器覆蓋磁異常信號(hào)帶寬，體積小便于形成海岸預(yù)警監(jiān) 測(cè)網(wǎng)絡(luò)，功耗低使得海岸預(yù)警網(wǎng)損耗很小，節(jié)約成本。實(shí)際監(jiān)控中，通過本發(fā)明獲取磁場(chǎng)的 異常表現(xiàn)，綜合分析判斷目標(biāo)體的質(zhì)量、出現(xiàn)的方位及移動(dòng)的速度等重要指標(biāo)。
[0083] 以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于水下磁異常網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器，其特征在于，包括： 三軸磁場(chǎng)傳感器模塊，包括探測(cè)方向兩兩垂直的三支傳感器本體； 信號(hào)處理模塊，包括三組信號(hào)處理電路，分別與三支傳感器本體相連接，用于對(duì)三支傳 感器本體輸出的信號(hào)分別進(jìn)行放大和濾波；以及 信號(hào)采集電路，與信號(hào)處理模塊的三組信號(hào)處理電路相連接，用于將放大濾波后的信 號(hào)調(diào)整信號(hào)帶寬至預(yù)設(shè)帶寬，并對(duì)三組信號(hào)分別進(jìn)行采集輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器，其特征在于，所述三支傳感器本體中的 任一傳感器本體包括： 磁芯結(jié)構(gòu)，縱剖面呈工字型，中間部分為細(xì)長(zhǎng)棒狀的磁芯，兩端部分為扁平狀磁通量聚 焦器； 骨架，套設(shè)于磁芯結(jié)構(gòu)磁芯的外側(cè)；以及 感應(yīng)線圈，均勻纏繞于骨架上，磁芯的外圍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器，其特征在于，所述磁芯結(jié)構(gòu)的材料為軟 磁鐵氧體材料或坡莫合金材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器，其特征在于，所述三組信號(hào)處理電路中 的每一組信號(hào)處理電路包括： 放大電路，用于對(duì)相應(yīng)傳感器本體輸出的信號(hào)進(jìn)行放大；以及 濾波電路，與所述放大電路相連接，用于對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行濾波，以控制帶寬。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器，其特征在于，所述放大電路包括： 調(diào)諧單元，包括串聯(lián)的第一調(diào)諧電阻（R1)和第一調(diào)諧電容（C1)，其中，第一調(diào)諧電阻 R1的一側(cè)連接至的公共端COM，第一調(diào)諧電容（C1)的一側(cè)連接至相應(yīng)傳感器本體的信號(hào)輸 出端⑴； 限幅模塊，包括首尾相接的第一二極管（D1)和第二二極管（D2)，其中，第一二極管 (D1)的正極連接至電源正（VCC);第二二極管D2的負(fù)極連接至電源地（VSS);第一二極管 (D1)的負(fù)極和第二二極管（D2)的正極共同連接至相應(yīng)傳感器本體的信號(hào)輸出端（X); T型網(wǎng)絡(luò)，其第一端連接至地；以及 放大模塊，為0PA333芯片（U1)，其管腳1通過第二電阻（R2)連接至相應(yīng)傳感器本體的 信號(hào)輸出端（X);其管腳2連接至電源地（VSS);其管腳3通過第三電阻（R3)連接至公共端 (COM)，并連接至T型網(wǎng)絡(luò)的第二端；其管腳5連接至電源正（VCC)，并通過第三電容連接至 電源地（VSS);其管腳4連接T型網(wǎng)絡(luò)的第三端，并作為該放大模塊的輸出；其管腳3和管 腳4之間通過第二電容（C2)連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器，其特征在于，所述T型網(wǎng)絡(luò)包括： 第四電阻（R4)，其第一端連接至0PA333芯片的管腳3 ; 第五電阻（R5)，其第一端連接至0PA333芯片的管腳4 ;以及 第六電阻（R6)，其第一端連接至第四電阻（R4)的第二端和第五電阻（R5)的第二端； 其第二端接地。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器，其特征在于，所述濾波電路包括：第一階 低通濾波器；第二階低通濾波器；以及第三階濾波器； 所述第一階低通濾波器和第二階低通濾波器為相同的低通濾波器，包括：〇PA2369運(yùn) 放芯片（U2A)，其管腳1輸出濾波后信號(hào)；管腳2串聯(lián)第七電阻（R7)和第八電阻（R8)接信 號(hào)輸入端S1 ;將第七電阻（R7)和第八電阻（R8)接點(diǎn)處即為P，則P點(diǎn)處串聯(lián)第四電容（C4) 到GND;管腳1和管腳2之間連接第五電容（C5)，管腳1和P點(diǎn)間連接第九電阻（R9);管腳 3串聯(lián)第十電阻（R10)到電源地（VSS);管腳4接電源地（VSS);管腳5接電源正（VCC)，同 時(shí)串聯(lián)第三電容（C3)到電源地（VSS); 第三階濾波器為0PA333芯片U3,其管腳1串聯(lián)第九電容C9連接至第二濾波器輸出端， 同時(shí)串聯(lián)第十五電阻R15到GND ;其管腳2連接至電源地VSS，其管腳3串聯(lián)第十六電阻R16 至IJ COM端；管腳3和管腳4之間連接第十七電阻R17和第十電容CIO的并聯(lián)；管腳4串聯(lián)第 十二電容出書信號(hào)S2,同時(shí)接第十八電阻到GND ;管腳5接電源正VCC，同時(shí)串聯(lián)第三電容 C11到電源地VSS。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器，其特征在于，所述信號(hào)采集電路包括 AD7682芯片（U4)，其各管腳設(shè)置如下： 管腳1連接至電源正（VDD)，并通過第三十七電容（C37)連接至地； 管腳2連接至AD參考電壓VREF，并通過第三十九電容（C39)連接至地； 管腳3通過第四十電容（C40)連接至地； 管腳4和管腳5連接至地； 管腳7,管腳16,管腳18分別接三組信號(hào)處理電路的輸出端（S4, S2, S3); 管腳連10接至公共端（COM); 管腳11和管腳12分別連接至外部輸出控制字CNV和DIN，控制并選擇該AD7682芯片 輸出由三組輸入信號(hào)中的哪一組采集的數(shù)字信號(hào)； 管腳13連接至外部時(shí)鐘序列SCK的輸入端； 管腳15連接至電源正（VDD)，并通過第三十八電容（C38)連接至地； 管腳20連接至電源正（VDD); 管腳21連接至地； 管腳6、8、9、17、19懸空； 管腳14作為該采集模塊的輸出端。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器，其特征在于，所述三軸磁場(chǎng) 傳感器模塊、信號(hào)處理模塊和信號(hào)采集電路由鋁屏蔽盒封閉。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器，其特征在于，還包括： 供電模塊，用于對(duì)信號(hào)處理模塊和信號(hào)采集電路中的芯片進(jìn)行供電。
【文檔編號(hào)】G01V3/08GK104062685SQ201410333701
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】閆彬, 朱萬(wàn)華, 劉雷松, 方廣有 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所