一种新型便携式弱磁场测量系统

发布时间：2019-09-27 15:20

【摘要】：针对目前微弱磁场测量装置具有测量精度低、成本高、体积大等缺点。设计并制作了一种以TMR磁传感器为磁敏感探头的新型便携式微弱磁场测量系统,并通过液晶屏实时显示测量数据。通过FD-ICH-II新型螺线管磁场测定仪对本弱磁测量系统进行了标定实验,实验结果表明:该弱磁测量系统具有灵敏度高,较宽的测量范围,线性度高,测量平均误差小于1.2%,分辨率达到10-8T,满足弱磁测量的要求。对于某些特定场合,该弱磁测量系统完全可以得到应用。
【图文】：

第10期李良辉等:一种新型便携式弱磁场测量系统75图1输出特性表1霍尔元件、AMＲ元件、GMＲ元件以及TMＲ元件的技术参数对比技术尺寸/mm灵敏度/(mV·V－1·Gs－1)测量范围/Gs分辨率/mGs温度特性/℃Hall1×10．051～1000500＜150AMＲ1×110．001～100．1＜150GMＲ2×230．1～302＜150TMＲ0．5×0．5200．001～2000．1＜200包含4个非屏蔽、高灵敏度MTJ传感器元件。内部结构如图2所示。图2TMＲ9001内部结构TMＲ磁传感器内部是一个典型的MTJ推挽式惠斯登电桥结构，能够有效地补偿传感器的温度漂移，其内部包含4个高灵敏度TMＲ敏感电阻，输出信号的峰－峰值可达工作电压的80%，从而降低了许多应用中外部信号放大处理电路的复杂度，在部分应用中甚至不需要进行放大，，减小了传感器体积，降低了整体成本。传感器每个桥臂上的磁阻电阻大约100kΩ［4］，且两两对齐，形成一个共同的敏感轴，随着外界磁场在磁敏感方向上不断增强，输出电压也就正向增长，通过施加供电电源，传感器可以将测量轴向上的任何入射磁场转变成一种差分电压输出，再通过内部放大器获得输出电压［6］。2弱磁测量系统设计2．1硬件设计弱磁测量系统主要由磁场测量设备和上位机数据接收存储处理端构成，整体系统结构如图3所示。主要包括磁场探测端、数据放大转换电路、数字滤波、弱磁数据的处理控制器、无线数据传输模块、液晶显示模块、SD卡存储。图3硬件系统框图主控芯片选择高性能的AＲM屮CortexTM－M332位的ＲISC内核STM32F103C8T6芯片，工作频率为72MHz，内置高速存储器(128K字节闪存和20字节的SＲAM)，具有丰富的外设资源，可采用I2C总线进行数据的读写，通过液晶屏实时显示测量数据且存储到SD卡中，并

第10期李良辉等:一种新型便携式弱磁场测量系统75图1输出特性表1霍尔元件、AMＲ元件、GMＲ元件以及TMＲ元件的技术参数对比技术尺寸/mm灵敏度/(mV·V－1·Gs－1)测量范围/Gs分辨率/mGs温度特性/℃Hall1×10．051～1000500＜150AMＲ1×110．001～100．1＜150GMＲ2×230．1～302＜150TMＲ0．5×0．5200．001～2000．1＜200包含4个非屏蔽、高灵敏度MTJ传感器元件。内部结构如图2所示。图2TMＲ9001内部结构TMＲ磁传感器内部是一个典型的MTJ推挽式惠斯登电桥结构，能够有效地补偿传感器的温度漂移，其内部包含4个高灵敏度TMＲ敏感电阻，输出信号的峰－峰值可达工作电压的80%，从而降低了许多应用中外部信号放大处理电路的复杂度，在部分应用中甚至不需要进行放大，减小了传感器体积，降低了整体成本。传感器每个桥臂上的磁阻电阻大约100kΩ［4］，且两两对齐，形成一个共同的敏感轴，随着外界磁场在磁敏感方向上不断增强，输出电压也就正向增长，通过施加供电电源，传感器可以将测量轴向上的任何入射磁场转变成一种差分电压输出，再通过内部放大器获得输出电压［6］。2弱磁测量系统设计2．1硬件设计弱磁测量系统主要由磁场测量设备和上位机数据接收存储处理端构成，整体系统结构如图3所示。主要包括磁场探测端、数据放大转换电路、数字滤波、弱磁数据的处理控制器、无线数据传输模块、液晶显示模块、SD卡存储。图3硬件系统框图主控芯片选择高性能的AＲM屮CortexTM－M332位的ＲISC内核STM32F103C8T6芯片，工作频率为72MHz，内置高速存储器(128K字节闪存和20字节的SＲAM)，具有丰富的外设资源，可采用I2C总线进行数据的读写，通过液晶屏实时显示测量数据且存储到SD卡中，并
【作者单位】： 太原理工大学物理与光电工程学院;
【基金】：山西省国际科技合作项目(201481029-2)
【分类号】：TM936

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本文编号：2542777