磁電傳感器驅(qū)動(dòng)電路的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、與霍爾、磁阻和磁通門(mén)傳感器等商用磁傳感器相比，磁電傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)頻率范圍寬以及功耗低等優(yōu)勢(shì)，在磁場(chǎng)測(cè)量、交變電流檢測(cè)以及生物磁場(chǎng)測(cè)量等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。然而目前的研究集中于磁電復(fù)合材料，對(duì)磁電傳感器驅(qū)動(dòng)電路的研究較少。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的小型化、低噪聲和寬頻化，本文針對(duì)直流和交流磁場(chǎng)的檢測(cè)，研究設(shè)計(jì)了相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路，并研究了電路的噪聲和響應(yīng)頻率的影響因素，有效地改善了系統(tǒng)的噪聲與頻率特性。
　　首先，針對(duì)交流磁場(chǎng)和直流磁

2、場(chǎng)的檢測(cè)分別設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)電路。為了降低系統(tǒng)的噪聲，設(shè)計(jì)了一種新型電荷放大電路，該電路采用兩級(jí)差分形式，實(shí)測(cè)結(jié)果表明，系統(tǒng)的噪聲降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。其次，針對(duì)交/直流混合磁場(chǎng)的檢測(cè)設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)電路。為了提高系統(tǒng)的信噪比，引入了交流調(diào)制技術(shù)。通過(guò)調(diào)制過(guò)程將被測(cè)信號(hào)頻譜搬移到諧振頻率附近，該過(guò)程不僅可以將被測(cè)信號(hào)與低頻噪聲分離，而且能利用壓電材料的諧振特性提高磁電傳感器的靈敏度，通過(guò)解調(diào)過(guò)程還原被測(cè)信號(hào)，使磁電傳感器的分辨率達(dá)到1nT。但使用交流調(diào)

3、制技術(shù)后，系統(tǒng)的高頻響應(yīng)特性會(huì)受到影響。為了改善系統(tǒng)高頻響應(yīng)特性，采用了兩種方法：其一是將電荷放大器的輸出信號(hào)耦合到解調(diào)電路的輸出端，由于電荷放大器的輸出信號(hào)會(huì)隨著頻率的升高而增大，而解調(diào)電路的輸出信號(hào)隨頻率的變化特性恰好相反，因此使用該方法可以有效地改善系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，磁電傳感器的響應(yīng)頻率范圍可拓寬為DC-200Hz。其二是引入了負(fù)反饋，進(jìn)一步改善了磁電傳感器的高頻響應(yīng)特性，同時(shí)磁電傳感器的分辨率仍保持在1nT左右。