【摘要】：針對目前微弱磁場測量裝置具有測量精度低、成本高、體積大等缺點。設(shè)計并制作了一種以TMR磁傳感器為磁敏感探頭的新型便攜式微弱磁場測量系統(tǒng),并通過液晶屏實時顯示測量數(shù)據(jù)。通過FD-ICH-II新型螺線管磁場測定儀對本弱磁測量系統(tǒng)進(jìn)行了標(biāo)定實驗,實驗結(jié)果表明:該弱磁測量系統(tǒng)具有靈敏度高,較寬的測量范圍,線性度高,測量平均誤差小于1.2%,分辨率達(dá)到10-8T,滿足弱磁測量的要求。對于某些特定場合,該弱磁測量系統(tǒng)完全可以得到應(yīng)用。
【圖文】：

第10期李良輝等:一種新型便攜式弱磁場測量系統(tǒng)75圖1輸出特性表1霍爾元件、AMＲ元件、GMＲ元件以及TMＲ元件的技術(shù)參數(shù)對比技術(shù)尺寸/mm靈敏度/(mV·V－1·Gs－1)測量范圍/Gs分辨率/mGs溫度特性/℃Hall1×10．051～1000500＜150AMＲ1×110．001～100．1＜150GMＲ2×230．1～302＜150TMＲ0．5×0．5200．001～2000．1＜200包含4個非屏蔽、高靈敏度MTJ傳感器元件。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2TMＲ9001內(nèi)部結(jié)構(gòu)TMＲ磁傳感器內(nèi)部是一個典型的MTJ推挽式惠斯登電橋結(jié)構(gòu)，能夠有效地補償傳感器的溫度漂移，其內(nèi)部包含4個高靈敏度TMＲ敏感電阻，輸出信號的峰－峰值可達(dá)工作電壓的80%，從而降低了許多應(yīng)用中外部信號放大處理電路的復(fù)雜度，在部分應(yīng)用中甚至不需要進(jìn)行放大，，減小了傳感器體積，降低了整體成本。傳感器每個橋臂上的磁阻電阻大約100kΩ［4］，且兩兩對齊，形成一個共同的敏感軸，隨著外界磁場在磁敏感方向上不斷增強，輸出電壓也就正向增長，通過施加供電電源，傳感器可以將測量軸向上的任何入射磁場轉(zhuǎn)變成一種差分電壓輸出，再通過內(nèi)部放大器獲得輸出電壓［6］。2弱磁測量系統(tǒng)設(shè)計2．1硬件設(shè)計弱磁測量系統(tǒng)主要由磁場測量設(shè)備和上位機(jī)數(shù)據(jù)接收存儲處理端構(gòu)成，整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。主要包括磁場探測端、數(shù)據(jù)放大轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字濾波、弱磁數(shù)據(jù)的處理控制器、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、液晶顯示模塊、SD卡存儲。圖3硬件系統(tǒng)框圖主控芯片選擇高性能的AＲM屮CortexTM－M332位的ＲISC內(nèi)核STM32F103C8T6芯片，工作頻率為72MHz，內(nèi)置高速存儲器(128K字節(jié)閃存和20字節(jié)的SＲAM)，具有豐富的外設(shè)資源，可采用I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫，通過液晶屏實時顯示測量數(shù)據(jù)且存儲到SD卡中，并

第10期李良輝等:一種新型便攜式弱磁場測量系統(tǒng)75圖1輸出特性表1霍爾元件、AMＲ元件、GMＲ元件以及TMＲ元件的技術(shù)參數(shù)對比技術(shù)尺寸/mm靈敏度/(mV·V－1·Gs－1)測量范圍/Gs分辨率/mGs溫度特性/℃Hall1×10．051～1000500＜150AMＲ1×110．001～100．1＜150GMＲ2×230．1～302＜150TMＲ0．5×0．5200．001～2000．1＜200包含4個非屏蔽、高靈敏度MTJ傳感器元件。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2TMＲ9001內(nèi)部結(jié)構(gòu)TMＲ磁傳感器內(nèi)部是一個典型的MTJ推挽式惠斯登電橋結(jié)構(gòu)，能夠有效地補償傳感器的溫度漂移，其內(nèi)部包含4個高靈敏度TMＲ敏感電阻，輸出信號的峰－峰值可達(dá)工作電壓的80%，從而降低了許多應(yīng)用中外部信號放大處理電路的復(fù)雜度，在部分應(yīng)用中甚至不需要進(jìn)行放大，減小了傳感器體積，降低了整體成本。傳感器每個橋臂上的磁阻電阻大約100kΩ［4］，且兩兩對齊，形成一個共同的敏感軸，隨著外界磁場在磁敏感方向上不斷增強，輸出電壓也就正向增長，通過施加供電電源，傳感器可以將測量軸向上的任何入射磁場轉(zhuǎn)變成一種差分電壓輸出，再通過內(nèi)部放大器獲得輸出電壓［6］。2弱磁測量系統(tǒng)設(shè)計2．1硬件設(shè)計弱磁測量系統(tǒng)主要由磁場測量設(shè)備和上位機(jī)數(shù)據(jù)接收存儲處理端構(gòu)成，整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。主要包括磁場探測端、數(shù)據(jù)放大轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字濾波、弱磁數(shù)據(jù)的處理控制器、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、液晶顯示模塊、SD卡存儲。圖3硬件系統(tǒng)框圖主控芯片選擇高性能的AＲM屮CortexTM－M332位的ＲISC內(nèi)核STM32F103C8T6芯片，工作頻率為72MHz，內(nèi)置高速存儲器(128K字節(jié)閃存和20字節(jié)的SＲAM)，具有豐富的外設(shè)資源，可采用I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫，通過液晶屏實時顯示測量數(shù)據(jù)且存儲到SD卡中，并
【作者單位】： 太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院;
【基金】：山西省國際科技合作項目(201481029-2)
【分類號】：TM936

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本文編號：2542777