巨磁電阻傳感器差分驅(qū)動與磁場偏置電路及偏置方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種傳感器驅(qū)動方法及電路，具體涉及一種巨磁電阻傳感器差分驅(qū)動與磁場偏置電路及偏置方法，該巨磁電阻傳感器差分驅(qū)動與磁場偏置電路及偏置方法為傳感器提供穩(wěn)定的差分電源，同時為傳感器的輸出提供了額外的放大；外加偏置磁場可以調(diào)整傳感器的工作點，從而使傳感器可以輸出雙極性的信號。屬傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
[0002]【背景技術(shù)】:
巨磁阻效磁場傳感器由于體積小，靈敏度高，安裝方便，三軸垂直精度高，用其進行檢測，在有空間限制，有指向要求的磁場探測領(lǐng)域，巨磁阻效磁場傳感器是一種很好的選擇。所謂巨磁阻效應(yīng)是指微弱的磁場可以使得某些材料的電阻值發(fā)生明顯變化，是一種材料的電阻率隨著材料磁化狀態(tài)發(fā)生顯著變化的現(xiàn)象。巨磁電阻傳感器芯片是用四個相同阻值的磁致電阻構(gòu)成的惠斯登電橋結(jié)構(gòu)，其中兩個電阻外加屏蔽層。在外部驅(qū)動電壓的作用下，電橋中會產(chǎn)生電流，無外加磁場時，輸出電壓為0，外加磁場時，未屏蔽的兩個電阻阻值發(fā)生變化，從而在電橋中產(chǎn)生輸出電壓，該電壓與磁致電阻變化量成正比，因此間接與外部磁場的變化相關(guān)，通過檢測該電壓變化，即可求出磁場變化。
[0003]但是現(xiàn)有的巨磁阻效磁場傳感器，磁傳感器往往會被外部磁場磁化，同時，傳感器所檢測到的信號會受外部強磁場的環(huán)境參數(shù)影響，容易導(dǎo)致所傳輸?shù)男盘柺д?，這將極大影響檢測的精確性，因此急需對此加以改進。
[0004]通過專利檢索沒發(fā)現(xiàn)有與本發(fā)明相同技術(shù)的專利文獻報道，與本發(fā)明有一定關(guān)系的專利主要有以下幾個:
1、專利號為CN200610154445，名稱為“基于巨磁電阻傳感器的渦流檢測裝置”的發(fā)明專利，該專利公開了一種基于巨磁電阻傳感器檢測探頭的渦流檢測裝置。該裝置采用基于直接數(shù)字合成技術(shù)的集成電路得到頻率可調(diào)的正弦信號，為激勵線圈提供激勵信號。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)激勵線圈靠近被測導(dǎo)電結(jié)構(gòu)時，被測件中會產(chǎn)生渦流；渦流反過來又影響激勵線圈所產(chǎn)生的磁場?；诰薮烹娮鑲鞲衅鞯臋z測探頭檢測出磁場的變化，該磁場變化信號經(jīng)過差動放大后分兩路送入相敏檢波器。相敏檢波器的輸出信號與被測件的某個或某些待檢測參數(shù)有密切關(guān)系，經(jīng)過分析或反演計算，可推測出待測參數(shù)的狀況或數(shù)值。
[0005]2、專利號為CN01202985，名稱為“巨磁電阻傳感器”的實用新型專利，該專利公開了一種用于電流測量的傳感器，它采用惠斯凳橋式結(jié)構(gòu)，四臂電阻為自旋閥結(jié)構(gòu)的多層膜電阻，該電阻可產(chǎn)生巨磁電阻效應(yīng)。在所述的巨磁電阻傳感器中的相對兩臂的多層膜電阻周圍有軟磁材料，使被屏蔽的電阻對外界磁場不敏感，且對另外兩臂電阻而言又有磁通會聚作用。
[0006]3、專利號為CN200710098557，名稱為“ 一種基于巨磁電阻的傳感器”的發(fā)明專利，該專利公開了一種基于巨磁電阻的傳感器，包括巨磁電阻元件，壓電元件，附有磁性物質(zhì)的微型懸臂梁，巨磁電阻元件的引出電極和引入電極，壓電元件的引出電極和引入電極。微型懸臂梁固定在壓電元件上，懸在巨磁電阻元件上方。壓電元件的上表面高于巨磁電阻元件的上表面。巨磁電阻元件的引入電極和引出電極分別連接巨磁電阻元件，壓電元件的引入電極和引出電極分別連接壓電元件。微型懸臂梁固有頻率的改變，反映在巨磁電阻元件的阻值變化上，由此可得到所需要測量量的改變量。
[0007]所以上述這些專利雖然都涉及到巨磁電阻的傳感器及其應(yīng)用，并且都對巨磁電阻傳感器或利用巨磁電阻傳感器進行檢測的方法做了改進，但都未對如何提高巨磁電阻傳感器在強磁場的環(huán)境下，仍然能保持精確的檢測性能提出改進意見，因此在較強的磁場下，巨磁電阻傳感器往往會被外部磁場磁化，而影響檢測精度的問題仍然存在，同時，傳感器所檢測到的信號會受外部溫度等環(huán)境參數(shù)的影響，磁傳感器所傳遞的信號很容易出現(xiàn)失真，仍有待進一步加以改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有巨磁電阻傳感器所存在的問題，提供一種巨磁電阻傳感器驅(qū)動電路及驅(qū)動方法，該驅(qū)動電路及驅(qū)動方法可為巨磁電阻傳感器提供了穩(wěn)定的差分電源，同時為傳感器的輸出提供了額外的放大；外加偏置磁場可以調(diào)整傳感器的工作點，從而使傳感器可以輸出雙極性的信號。
[0009]為了達到這一目的，本發(fā)明提供了一種巨磁電阻傳感器差分驅(qū)動與磁場偏置電路，包括兩個運放器，輸入電源經(jīng)電源參考模塊后分別輸入到兩個運放器的一個負極和一個正極，使得兩個運放器產(chǎn)生穩(wěn)定放大的正負電壓，兩個運放器分別與巨磁電阻傳感器正電源端和負電源端連接，作為巨磁電阻芯片的驅(qū)動電壓；其中一個運放器輸出同時經(jīng)二極管、可調(diào)電阻和去耦電容連接至線圈一端，線圈另一端接地，通過調(diào)整可調(diào)電阻改變通過線圈的電流，從而產(chǎn)生可變化的偏置磁場。
[0010]進一步地，所述的兩個運放器分別為第一運放器U1A和第二運放器U1B，輸入電源經(jīng)電源參考模塊U2后產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓輸出，電源參考模塊U2的輸出連接至第一運放器U1A的正輸入端上，經(jīng)反饋電阻R2，R3的控制產(chǎn)生所需正電壓，并同時連接至巨磁電阻傳感器P1的正電源端和第二運放器U1B的負電源端上，第二運放器U1B經(jīng)反饋電阻R4，R5的控制產(chǎn)生所需負電壓，并連接至巨磁電阻傳感器的原地端上；同時第一運放器U1A的輸出連接至二級管D1，D1的輸出，經(jīng)可調(diào)電阻R18連接至線圈的輸入端，線圈輸出端接地；整個線圈繞在傳感器的外圍。
[0011]進一步地，所述的電源參考模塊U2產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓輸出為1-1.5V，并作為第一運放器U1A的正輸入，通過第一運放器U1A后產(chǎn)生4-5 V正電壓輸出；作為傳感器芯片的電源和第二運放器U1B的負輸入，通過第二運放器U1B后產(chǎn)生4-5V負電壓輸出，連接到傳感器芯片的地上，此時的傳感器供電為雙端正負4-5V電壓。
[0012]進一步地，所述的第一運放器U1A的輸出電壓同時加到二極管D1的輸入端，并在該回路中產(chǎn)生電流，通過二級管阻止電流回流，防止導(dǎo)致干擾傳感器回路。通過調(diào)整變阻器的阻值，調(diào)整通過線圈的電流，從而改變線圈產(chǎn)生的磁場，將產(chǎn)生的磁場外加在傳感器上，調(diào)整傳感器的工作區(qū)間。
[0013]一種巨磁電阻傳感器磁場偏置方法，采用差分電源驅(qū)動傳感器，將電源輸出經(jīng)一個高精度電源參考模塊后產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓，并通過兩個運放器將高精度電源參考模塊后產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓分別放大至所需的正負電壓，并分別供給巨磁電阻芯片的電源端和原接地端，作為巨磁電阻芯片的驅(qū)動電壓；其中一個運放器輸出同時經(jīng)二極管、可調(diào)電阻和去耦電容連接至線圈一端，線圈另一端接地，通過調(diào)整可調(diào)電阻改變通過線圈的電流，從而產(chǎn)生可變化的偏置磁場。
[0014]進一步地，所述的輸入電源經(jīng)電源參考模塊U2后產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓輸出，電源參考模塊U2的輸出連接至第一運放器U1A的正輸入端上，經(jīng)反饋電阻R2，R3的控制產(chǎn)生所需正電壓，并同時連接至巨磁電阻傳感器P1的正電源端和第二運放器U1B的負電源端上，第二運放器U1B經(jīng)反饋電阻R4，R5的控制產(chǎn)生所需負電壓，并連接至巨磁電阻傳感器的原地端上；同時第一運放器U1A的輸出連接至二級管D1，D1的輸出，經(jīng)可調(diào)電阻R18連接至線圈的輸入端，線圈輸出端接地；整個線圈繞在傳感器的外圍。
[0015]進一步地，所述的電源參考模塊U2產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓輸出為1-1.5V，并作為第一運放器U1A的正輸入，通過第一運放器U1A后產(chǎn)生4-5 V正電壓輸出；作為傳感器芯片的電源和第二運放器U1B的負輸入，通過第二運放器U1B后產(chǎn)生4-5V負電壓輸出，連接到傳感器芯片的地上，此時的傳感器供電為雙端正負4-5V電壓。
[0016]進一步地，所述的第一運放器U1A的輸出電壓同時加到二極管D1的輸入端，并在該回路中產(chǎn)生電流，通過二級管阻止電流回流，防止導(dǎo)致干擾傳感器回路。通過調(diào)整變阻器的阻值，調(diào)整通過線圈的電流，從而改變線圈產(chǎn)生的磁場，將產(chǎn)生的磁場外加在傳感器上，調(diào)整傳感器的工作區(qū)間。
[0017]本發(fā)明的有益效果在于:
(1)本發(fā)明使用差分電源驅(qū)動傳感器，相比原先的單端電源，傳感器兩端的電壓升高了接近一倍，根據(jù)巨磁電阻傳感器的原理可知，此時同樣的磁場變化導(dǎo)致的輸出電壓變化理論上為單端時的兩倍，即此時有更大的放大倍數(shù)。
[0018](2)相比傳統(tǒng)的使用單電源或者是由兩個單獨電源產(chǎn)生的差分電壓源，本發(fā)明使用一個單獨的穩(wěn)壓源生成一對差分電壓源，其優(yōu)勢在于:兩個差分電壓源能保持穩(wěn)定的匹配，同時也降低了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。
[0019](3)從差分電壓源中引出線圈的驅(qū)動電源，并使用二極管進行隔離，相比傳統(tǒng)的使用單獨電源驅(qū)動線圈的優(yōu)勢在于:該設(shè)計可以節(jié)省一塊電源模塊，從而降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度；使用線圈產(chǎn)生偏置磁場，并使用可調(diào)電阻控制通過線圈的電流，使得偏置磁場大小可根據(jù)需求任意控制，從而在不同強度磁場中均能合理設(shè)置磁傳感器的工作點。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明外加線圈部分結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實施例來進一步闡述本發(fā)明。
[0022]實施例一
如圖1中所示:一種巨磁電阻傳感器差分驅(qū)動與磁場偏置電路，包括兩個運放器，輸入電源經(jīng)電源參考模塊后分別輸入到兩個運放器的一個負極和一個正極，使得兩個運放器產(chǎn)生穩(wěn)定放大的正負電壓，兩個運放器分別與巨磁電阻傳感器正電源端和負電源端連接，作為巨磁電阻芯片的驅(qū)動電壓；其中一個運放器輸出同時經(jīng)二極管、可調(diào)電阻和去耦電容連接至線圈一端，線圈另一端接地，通過調(diào)整可調(diào)電阻改變通過線圈的電流，從而產(chǎn)生可變化的偏置磁場。
[0023]所述的兩個運放器分別為第一運放器U1A和第二運放器U1B，輸入電源經(jīng)電源參考模塊U2后產(chǎn)生穩(wěn)定的