一種直流與低頻磁信號測試裝置的脈沖激勵電路的制作方法【專利摘要】本實用新型涉及一種直流及低頻磁信號及電流信號的脈沖激勵技術(shù)裝置與控制操作步驟，特別涉及一種直流與低頻磁信號測試裝置的脈沖激勵電路，包括時序控制器、兩個單向元件、電容與探頭組成的諧振回路、單向電流電路及其控制方法。本專利的優(yōu)點是：去掉了傳統(tǒng)電路中使用的與隔直電容串聯(lián)的電感，避免了具有磁芯的電感元件對探頭的干擾，使并聯(lián)電容諧振電路可用于緊湊安裝的便攜式裝置；同時，減少串聯(lián)諧振電路的功耗。【專利說明】一種直流與低頻磁信號測試裝置的脈沖激勵電路【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本實用新型涉及一種脈沖激勵電路，尤其是涉及一種直流與低頻磁信號測試裝置的脈沖激勵電路。【
背景技術(shù)：
】[0002]采用磁通門原理構(gòu)成的直流及低頻磁場測量裝置廣泛用于空間與物體磁場測量、探礦、井道測量、虛擬現(xiàn)實中的三維坐標(biāo)跟蹤等領(lǐng)域，同時，用于直流電流與直流漏電流測量，以及磁飽和放大器中。[0003]磁通門激勵電路的主要作用是輸出正負(fù)對稱的周期性電流，使探頭磁芯交替進(jìn)入與退出深度磁飽和狀態(tài)，從而獲得高靈敏度與高精度的感應(yīng)線圈輸出信號，該信號通過檢波得到與外界被測磁場成正比的電壓信號。[0004]目前一般采用電容與磁探頭激勵線圈組成諧振回路的方法增加激勵電流。文獻(xiàn)“Asolutionoffluxgateexcitationfedbysquarewavevoltage,SiLiu,DapingCao,SensorsandActuatorsA163(2010)118-121”描述了并聯(lián)電容激勵電路,該電路主要在高性能磁通門傳感器中使用。美國專利U.S.Pat.N0.6，867，587ExcitationCircuitforaFluxgateSensor提出了基于飽和電感的并聯(lián)電容激勵電路。文獻(xiàn)“Portablefhxgatemagnetometer,PaveIRipka,PetrKaspar,SensorsandActuatorsA68(1998)286-289，，描述了串聯(lián)電容激勵電路，該電路在便攜式磁通門傳感器中具有優(yōu)勢。上述激勵電路均采用三極管半橋作為電路驅(qū)動級，在電路運行階段只有一支三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，其共同缺陷是:在半橋中，三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)時的部分時間段內(nèi)具有反向電流流過，這一缺陷對并聯(lián)電容及串聯(lián)電容兩種激勵電路分別導(dǎo)致的問題是:在并聯(lián)電容激勵電路的情況下需要增加一個較大電感，在串聯(lián)電容激勵電路的情況下激勵功耗難以進(jìn)一步降低。
實用新型內(nèi)容[0005]本實用新型提供了一種能夠消除激勵電路中在三極管導(dǎo)通時流過的反向電流，使得在并聯(lián)電容激勵電路中無需使用電感，也使得串聯(lián)電容激勵電路的功耗進(jìn)一步降低的一種直流與低頻磁信號測試裝置的脈沖激勵電路。[0006]本實用新型還提供了一種能將并聯(lián)電容激勵電路使用在便攜式磁通門傳感器中的一種直流與低頻磁信號測試裝置的脈沖激勵電路。[0007]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:[0008]一種直流與低頻磁信號測試裝置的脈沖激勵電路，其特征在于，包括時序控制器、與時序控制器連接的第一半橋單元、與第一半橋單元連接的探頭激勵線圈單元、以及分別與探頭激勵線圈單元和時序控制器連接的第二半橋單元。[0009]本專利包括三種方案:即有單向元件的并聯(lián)電容激勵電路、無單向元件的并聯(lián)電容激勵電路、串聯(lián)電容激勵電路，這三種電路的共同特征在于，包括時序控制器、與時序控制器連接的第一半橋單元、與第一半橋單元連接的探頭激勵線圈單元、以及分別與探頭激勵線圈單元和時序控制器連接的第二半橋單元。[0010]有單向元件的并聯(lián)電容激勵電路方案:在上述的一種直流與低頻磁信號測試裝置的脈沖激勵電路，所述的第一半橋單元包括三極管P1、三極管P2;所述第二半橋單元包括三極管P3和三極管P4;所述探頭激勵線圈單元包括第一單向元件Al、第二單向元件A2、電容Cl、磁探頭激勵線圈Ml以及電容C2；[0011]所述時序控制器的CKl端連接第一半橋單元中的三極管Pl的柵極，時序控制器的CK2端連接第一半橋單元中的三極管P2的柵極，時序控制器的CK3端連接第二半橋單元中的三極管P3的柵極，時序控制器的CK4端連接第二半橋單元中的三極管P4的柵極，三極管Pl和三極管P2的漏極分別連接第一單向元件Al和第二單向元件A2，第一單向元件Al和第二單向元件A2的結(jié)合點連接電容Cl，電容Cl連接磁探頭激勵線圈M1，磁探頭激勵線圈Ml連接第二半橋單元中的三極管P3和三極管P4的漏極結(jié)合點，電容C2與磁探頭激勵線圈Ml并聯(lián)。[0012]由于具有單向元件Al和單向元件A2，上述電路中的三極管P1、三極管P2、三極管P3和三極管P4在各自導(dǎo)通時均不存在反向電流。[0013]當(dāng)磁探頭激勵線圈Ml內(nèi)阻較大，或磁芯損耗大時，電容C2與磁探頭激勵線圈Ml組成的并聯(lián)諧振電路內(nèi)部損耗大，導(dǎo)致電容C2上的電壓絕對值不超過電源電壓VSS的情況下，各三極管導(dǎo)通時不可能有反向電流，因此，第一單向元件Al和第二單向元件A2可以去掉,如此得到:[0014]無單向元件的并聯(lián)電容激勵電路方案:在上述的一種直流與低頻磁信號測試裝置的脈沖激勵電路，所述的第一半橋單元包括三極管P5、三極管P6;所述第二半橋單元包括三極管P7和三極管P8;所述探頭激勵線圈單元包括一個電容C3、磁探頭激勵線圈M2以及電容C4；[0015]所述時序控制器的CKl端連接第一半橋單元中的三極管P5的柵極，時序控制器的CK2端連接第一半橋單元中的三極管P6的柵極，時序控制器的CK3端連接第二半橋單元中的三極管P7的柵極，時序控制器的CK4端連接第二半橋單元中的三極管P8的柵極，三極管P5和三極管P6漏極的結(jié)合點連接電容C3，電容C3連接磁探頭激勵線圈M2，磁探頭激勵線圈M2連接第二半橋單元中的三極管P7和三極管P8的漏極結(jié)合點，電容C4與磁探頭激勵線圈M2并聯(lián)。[0016]為消除三極管導(dǎo)通時的反向電流所構(gòu)思的第三種方案是:在上述的一種直流與低頻磁信號測試裝置的脈沖激勵電路，所述的第一半橋單元包括三極管P9、三極管PlO;所述第二半橋單元包括三極管Pll和三極管P12;所述探頭激勵線圈單元包括第三單向元件A3、第四單向元件A4、電容C5、磁探頭激勵線圈M3；[0017]所述時序控制器的CKl端連接第一半橋單元中的三極管P9的柵極，時序控制器的CK2端連接第一半橋單元中的三極管PlO的柵極，時序控制器的CK3端連接第二半橋單元中的三極管PlI的柵極，時序控制器的CK4端連接第二半橋單元中的三極管P12的柵極，三極管P9和三極管PlO的漏極分別連接第三單向元件A3和第四單向元件A4，第三單向元件A3和第四單向元件A4的結(jié)合點連接電容C5，電容C5連接磁探頭激勵線圈M3，磁探頭激勵線圈M3連接第二半橋單元中的三極管Pll和三極管P12的漏極結(jié)合點。[0018]因此，本實用新型具有如下優(yōu)點:1.消除了激勵電路中在三極管導(dǎo)通時流過的反向電流，使得在并聯(lián)電容激勵電路中無需使用電感，也使得串聯(lián)電容激勵電路的功耗進(jìn)一步降低；2.能將并聯(lián)電容激勵電路使用在便攜式磁通門傳感器中?！緦＠綀D】【附圖說明】[0019]圖1有單向元件的并聯(lián)電容激勵電路示意圖。[0020]圖2無單向元件的并聯(lián)電容激勵電路示意圖。[0021]圖3串聯(lián)電容激勵電路不意圖。[0022]圖4并聯(lián)電容激勵電路控制信號的時序及激勵電流波形示意圖。[0023]圖5串聯(lián)電容激勵電路控制信號的時序及激勵電流波形示意圖。[0024]圖6單向元件替代方案之一示意圖。[0025]圖7單向元件替代方案之二示意圖。【具體實施方式】[0026]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，時序控制器1、三極管P1、三極管P2、三極管P3、三極管P4、三極管P5、三極管P6、三極管P7、三極管P8、三極管P9、三極管P10、三極管P11、三極管P12、第一單向元件Al、第一單向元件Al、第二單向元件A2、第三單向元件A3、第四單向元件A4、第一雙極性三極管Q1、第二雙極性三極管Q2、電容Cl、電容C2、電容C3、電容C4、電容C5、磁探頭激勵線圈Ml、磁探頭激勵線圈M2、磁探頭激勵線圈M3。[0027]實施例:[0028]實施例1:[0029]有單向元件的并聯(lián)電容激勵電路方案:如圖1，時序控制器的CKl端連接第一半橋單元中的三極管Pl的柵極，時序控制器的CK2端連接第一半橋單元中的三極管P2的柵極，時序控制器的CK3端連接第二半橋單元中的三極管P3的柵極，時序控制器的CK4端連接第二半橋單元中的三極管P4的柵極，三極管Pl和三極管P2的漏極分別連接第一單向元件Al和第二單向元件A2，第一單向元件Al和第二單向元件A2的結(jié)合點連接電容Cl，電容Cl連接磁探頭激勵線圈Ml，磁探頭激勵線圈Ml連接第二半橋單元中的三極管P3和三極管P4的漏極結(jié)合點，電容C2與磁探頭激勵線圈Ml并聯(lián)。[0030]三極管Pl及三極管P3為P溝,三極管P2及三極管P4為N溝。第一單向元件Al和第二單向元件A2均為肖特基二極管MBR0520LT。磁探頭磁芯為環(huán)形，直徑20臟，繞0.12mm漆包線一層。電容Cl的容值為2μF，電容C2的容值為0.15μF。激勵頻率12.5kHz。[0031]本實施例電路的激勵電流控制方法，包括以下步驟:[0032]步驟1，時序控制器I的CK3端跳變?yōu)檫壿嬰娖健?”，三極管P3斷開，時序控制器I的CK4端跳變?yōu)檫壿嬰娖健?”，三極管P4導(dǎo)通。[0033]步驟2，時序控制器I的CKl端跳變?yōu)檫壿嬰娖健?”，三極管Pl導(dǎo)通，經(jīng)過時間Ton后，時序控制器I的CKl端跳變?yōu)檫壿嬰娖健?”，三極管Pl斷開。[0034]步驟3，時序控制器I的CK4端跳變?yōu)檫壿嬰娖健?”，三極管P4斷開，時序控制器I的CK3端跳變?yōu)檫壿嬰娖健?”，三極管P3導(dǎo)通。[0035]步驟4，時序控制器I的CK2端跳變?yōu)檫壿嬰娖健癐”，三極管P2導(dǎo)通，經(jīng)過時間Ton后，時序控制器I的CK2端跳變?yōu)檫壿嬰娖健癘”，三極管P2斷開。[0036]步驟5，重復(fù)上述步驟。[0037]上述控制步驟的時序圖如圖5，圖中Uc為電容Cl的電壓波形，Ie為磁流過探頭激勵線圈Ml的電流波形，從圖中可以看出，電流具有脈沖波形。為了避免第二半橋中的三極管P3和三極管P4同時導(dǎo)通，在使其中一個三極管導(dǎo)通前必須先關(guān)斷另一個三極管。[0038]單向元件可以具有多種替代方法，本實施例采用二極管作為單向元件，也可采用雙極性三極管構(gòu)成單向眼見。將兩只雙極性三極管的基極與集電極連接構(gòu)成二極管，可以替代本實施例中使用的肖特基二極管MBR0520LT，不會影響電路的功能，這兩只雙極性三極管可以是NPN雙極性三極管或兩只PNP雙極性三極管，也可以是一只NPN雙極性三極管與一只PNP雙極性三極管，如圖6所示，如將NPN雙極性三極管與PNP雙極性三極管的集電極分別連接電源VSS及地電平，如圖7所示，則可以增加電流。[0039]本實施例描述的是單個磁探頭的情形，當(dāng)采用三個磁探頭進(jìn)行磁場矢量測試時，另外兩個磁探頭的激勵線圈可以與本實施例中的磁探頭激勵線圈直接串聯(lián)，也可將與第一半橋的兩個漏極及第二半橋漏極結(jié)合點連接的部分作為一個組件進(jìn)行并聯(lián)。[0040]實施例2:[0041]無單向元件的并聯(lián)電容激勵電路方案:在實施例1中去掉第一單向元件Al和第二單向元件A2就得到本實施例。如圖2，時序控制器的CKl端連接第一半橋單元中的三極管P5的柵極，時序控制器的CK2端連接第一半橋單元中的三極管P6的柵極，時序控制器的CK3端連接第二半橋單元中的三極管P7的柵極，時序控制器的CK4端連接第二半橋單元中的三極管P8的柵極，三極管P5和三極管P6漏極的結(jié)合點連接電容C3，電容C3連接磁探頭激勵線圈M2，磁探頭激勵線圈M2連接第二半橋單元中的三極管P7和三極管P8的漏極結(jié)合點，電容C4與磁探頭激勵線圈M2并聯(lián)。[0042]本實施例的激勵電流控制方法，包括以下步驟:[0043]步驟1，時序控制器I的CK3端跳變?yōu)檫壿嬰娖健?”，三極管P7斷開，時序控制器I的CK4端跳變?yōu)檫壿嬰娖健?”，三極管P8導(dǎo)通。[0044]步驟2，時序控制器I的CKl端跳變?yōu)檫壿嬰娖健?”，三極管P5導(dǎo)通，經(jīng)過時間Ton后，時序控制器I的CKl端跳變?yōu)檫壿嬰娖健?”，三極管P5斷開。[0045]步驟3，時序控制器I的CK4端跳變?yōu)檫壿嬰娖健?”，三極管P8斷開，時序控制器I的CK3端跳變?yōu)檫壿嬰娖健?”，三極管P7導(dǎo)通。[0046]步驟4，時序控制器I的CK2端跳變?yōu)檫壿嬰娖健癐”，三極管P6導(dǎo)通，經(jīng)過時間Ton后，時序控制器I的CK2端跳變?yōu)檫壿嬰娖健?”，三極管P6斷開。[0047]步驟5，重復(fù)上述步驟。[0048]上述控制步驟的時序圖如圖5，圖中Uc為電容C3的電壓波形，Ie為磁流過探頭激勵線圈M2的電流波形，從圖中可以看出，電流具有脈沖波形。[0049]實施例3:[0050]在實施例1中去掉電容C2就得到本實施例。如圖3，串聯(lián)電容激勵電路:時序控制器I的CKl端連接第一半橋單元中的三極管P9的柵極，時序控制器I的CK2端連接第一半橋單元中的三極管PlO的柵極，時序控制器I的CK3端連接第二半橋單元中的三極管PlI的柵極，時序控制器I的CK4端連接第二半橋單元中的三極管P12的柵極，三極管P9和三極管PlO的漏極分別連接第三單向元件A3和第四單向元件A4，第三單向元件A3和第四單向元件A4的結(jié)合點連接電容C5，電容C5連接磁探頭激勵線圈M3，磁探頭激勵線圈M3連接第二半橋單元中的三極管Pll和三極管P12的漏極結(jié)合點。[0051]串聯(lián)電容激勵電路的激勵電流控制方法，包括以下步驟:[0052]步驟1，時序控制器I的CK3端跳變?yōu)檫壿嬰娖健?”，三極管Pll斷開，時序控制器I的CK4端跳變?yōu)檫壿嬰娖健癐”，三極管P12導(dǎo)通。[0053]步驟2，時序控制器I的CK2端跳變?yōu)檫壿嬰娖健?”，三極管PlO斷開。時序控制器I的CKl端跳變?yōu)檫壿嬰娖健?”，三極管P9導(dǎo)通。[0054]步驟3，時序控制器I的CK4端跳變?yōu)檫壿嬰娖健?”，三極管P12斷開，時序控制器I的CK3端跳變?yōu)檫壿嬰娖健?”，三極管Pll導(dǎo)通。[0055]步驟4，時序控制器I的CKl端跳變?yōu)檫壿嬰娖健?”，三極管P9斷開，時序控制器I的CK2端跳變?yōu)檫壿嬰娖健癐”，三極管PlO導(dǎo)通。[0056]步驟5，重復(fù)上述步驟。[0057]上述控制步驟的時序圖如圖6，，圖中Uc為電容C5的電壓波形，Ie為磁流過探頭激勵線圈M3的電流波形，從圖中可以看出，電流具有脈沖波形[0058]三極管P9及三極管Pll為P溝，三極管PlO及三極管P12為N溝。第三單向元件A3和第四單向元件A4均為肖特基二極管MBR0520LT。磁探頭磁芯為環(huán)形，直徑20mm，繞0.12mm漆包線一層。電容C5的容值為0.15μF。激勵頻率2.5kHz。[0059]根據(jù)不同的情況，上述電路具有可以具有多種變形。當(dāng)電源電壓較高約IOV時，第二半橋可以去掉，然后，與該半橋兩三極管漏極結(jié)合點相連的磁探頭激勵線圈端可以直接接地。為了節(jié)省一條時序控制線，可以將第二半橋的兩三極管的柵極直接相接，再與時序控制器I的CK3或CK4相接，兩個三極管的漏極各連接一個很小量值約IOnH的空心線圈電感，用這兩個空心線圈電感的結(jié)合點替代第二半橋兩三極管漏極結(jié)合點與激勵線圈相連。單向元件反向特性隨溫度變化非常敏感，其漏電流可在幾薇安至幾百薇安之間變化，為了減少這種因溫度變化引起的激勵電流幅度誤差以及與磁芯飽和點向?qū)?yīng)的激勵電流相位誤差，可以在第一半橋的兩三極管漏極之間連接一個幾千歐姆量級的電阻提供設(shè)定的漏電流，提高激勵電流的溫度穩(wěn)定性。[0060]另外，在本發(fā)明所述的脈沖激勵電路基礎(chǔ)上，在實際制作磁傳感器時，還可以對磁傳感器除激勵電源外的其余電路進(jìn)行雙電源到單電源的更改，以簡化電源系統(tǒng)，具體做法是，在雙電源時磁傳感器接地的探頭及電路連接點均更改接至中間電平虛地(可由TEL2425產(chǎn)生)，模擬開關(guān)(如2G66)及單電源運算放大器等有源元件的兩個電源引腳分別連接至單電源的VCC與GND。[0061]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作各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方法替代，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。本實用新型的精神是:在并聯(lián)電容激勵電路的實施例1、2中，通過采用單向元件及時序控制或者僅采用時序控制，消除反向電流，全過程實現(xiàn)能量從第一半橋及第二半橋至磁探頭激勵線圈與電容組成的并聯(lián)諧振電路的正向傳遞，并能夠使傳遞的能量最大化。相比已有技術(shù)，本實用新型能夠在不使用除磁探頭以外的電感的條件下，同樣實現(xiàn)對磁探頭的并聯(lián)諧振激勵。在串聯(lián)電容激勵電路的實施例3中，采用單向元件消除反向電流，全過程實現(xiàn)能量從第一半橋及第二半橋至磁探頭激勵線圈與電容組成的串聯(lián)諧振電路的正向傳遞。相比已有技術(shù)，本實用新型不要求控制信號CKl?CK4的重復(fù)頻率與串聯(lián)電容和磁探頭激勵線圈所組成的串聯(lián)電路的諧振頻率相匹配，從而能夠通過減小控制信號CKl?CK4的重復(fù)頻率降低激勵功耗，并同樣實現(xiàn)對磁探頭的串聯(lián)諧振激勵。【權(quán)利要求】1.一種直流與低頻磁信號測試裝置的脈沖激勵電路，其特征在于，包括時序控制器、與時序控制器連接的第一半橋單元、與第一半橋單元連接的探頭激勵線圈單元、以及分別與探頭激勵線圈單元和時序控制器連接的第二半橋單元。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流與低頻磁信號測試裝置的脈沖激勵電路，其特征在于，所述的第一半橋單元包括三極管PU三極管P2;所述第二半橋單元包括三極管P3和三極管P4;所述探頭激勵線圈單元包括第一單向元件Al、第二單向元件A2、電容Cl、磁探頭激勵線圈Ml以及電容C2；所述時序控制器的CKl端連接第一半橋單元中的三極管Pl的柵極，時序控制器的CK2端連接第一半橋單元中的三極管P2的柵極，時序控制器的CK3端連接第二半橋單元中的三極管P3的柵極，時序控制器的CK4端連接第二半橋單元中的三極管P4的柵極，三極管Pl和三極管P2的漏極分別連接第一單向元件Al和第二單向元件A2，第一單向元件Al和第二單向元件A2的結(jié)合點連接電容Cl，電容Cl連接磁探頭激勵線圈Ml，磁探頭激勵線圈Ml連接第二半橋單元中的三極管P3和三極管P4的漏極結(jié)合點，電容C2與磁探頭激勵線圈Ml并聯(lián)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種直流與低頻磁信號測試裝置的激勵脈沖電路，其特征在于，所述的第一半橋單元包括三極管P5、三極管P6;所述第二半橋單元包括三極管P7和三極管P8;所述探頭激勵線圈單元包括一個電容C3、磁探頭激勵線圈M2以及電容C4；所述時序控制器的CKl端連接第一半橋單元中的三極管P5的柵極，時序控制器的CK2端連接第一半橋單元中的三極管P6的柵極，時序控制器的CK3端連接第二半橋單元中的三極管P7的柵極，時序控制器的CK4端連接第二半橋單元中的三極管P8的柵極，三極管P5和三極管P6漏極的結(jié)合點連接電容C3，電容C3連接磁探頭激勵線圈M2，磁探頭激勵線圈M2連接第二半橋單元中的三極管P7和三極管P8的漏極結(jié)合點，電容C4與磁探頭激勵線圈M2并聯(lián)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種直流與低頻磁信號測試裝置的激勵脈沖電路，其特征在于，所述的第一半橋單元包括三極管P9、三極管PlO;所述第二半橋單元包括三極管Pll和三極管P12;所述探頭激勵線圈單元包括第三單向元件A3、第四單向元件A4、電容C5、磁探頭激勵線圈M3；所述時序控制器(I)的CKl端連接第一半橋單元中的三極管P9的柵極，時序控制器(I)的CK2端連接第一半橋單元中的三極管PlO的柵極，時序控制器(I)的CK3端連接第二半橋單元中的三極管Pll的柵極，時序控制器(I)的CK4端連接第二半橋單元中的三極管P12的柵極，三極管P9和三極管PlO的漏極分別連接第三單向元件A3和第四單向元件A4，第三單向元件A3和第四單向元件A4的結(jié)合點連接電容C5，電容C5連接磁探頭激勵線圈M3，磁探頭激勵線圈M3連接第二半橋單元中的三極管Pll和三極管P12的漏極結(jié)合點?！疚臋n編號】G01R33/04GK203399058SQ201320080406【公開日】2014年1月15日申請日期:2013年2月17日優(yōu)先權(quán)日:2013年2月17日【發(fā)明者】曹宜申請人:曹宜