基于磁通门传感器的弱磁场检测方法
基于磁通门效应的非晶丝弱磁传感器
基于磁通门效应的非晶丝弱磁传感器李文涛;王世伟;孙广杰;孙晓华;赵军【摘要】研制钴基非晶态合金丝制成的环形磁芯三绕组磁场传感器,缩小现有磁场传感器尺寸,提高传感器探头测量灵敏度和输出信噪比.采用旋转水纺法制备淬态非晶丝,经过电流退火工艺处理后作为传感器磁芯材料,利用环形三对称磁通门磁芯结构,有效地减小磁芯材料不均匀造成的测量误差,提高探头的信噪比.通过单片机、信号发生电路、相敏滤波电路等环节的集成构成传感器测试系统,提高传感器的测量精度和稳定度.试验结果表明传感器探头灵敏度达到了设计要求.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】3页(P1-3)【关键词】磁通门;非晶丝;环形磁芯;相敏检波;弱磁传感器【作者】李文涛;王世伟;孙广杰;孙晓华;赵军【作者单位】内蒙古科技大学信息工程学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学信息工程学院,内蒙古包头014010;包头稀土研究院,内蒙古包头014030;包头稀土研究院,内蒙古包头014030;包头稀土研究院,内蒙古包头014030;包头稀土研究院,内蒙古包头014030【正文语种】中文【中图分类】TM936.20 引言磁通门传感器是指利用被测磁场中高导磁铁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与被测磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的一种磁场传感器。
与其他类型磁传感器相比，具有分辨率高(可达10-11 T)，测量弱磁场范围宽(0～10-8 T)，能够直接测量磁场的分量和适于在高速运动系统中使用等特点。
在诸多类型的磁场测量传感器中，磁通门是综合性能最好的一种[1-2]。
1 磁通门传感器的基本工作原理磁通门传感器对弱磁场测量十分有效，它具有很高的分辨力和良好的方向性，可将环境磁场物理量转化为相应的电势信号，从而实现对磁场的测量。
磁通门传感器是利用铁磁材料的各向异性磁电阻效应制作的一种能够测量磁场大小和方向的传感器。
当磁芯处于周期性过饱和工作状态时，感应电势中就会出现随环境磁场强度而变的偶次谐波分量。
磁通门电流传感器工作原理
磁通门电流传感器工作原理磁通门电流传感器是一种基于磁场原理工作的传感器，用于测量电流。
它利用安培力原理，通过测量磁场变化来间接测量电流。
磁通门电流传感器具有响应速度快、精度高、安装方便等特点，在电力系统、工业自动化、电动车辆等领域得到广泛应用。
磁通门电流传感器的工作原理如下：当电流通过导线时，会在其周围产生磁场。
根据安培力法则，电流与磁场之间存在一种相互作用关系。
磁通门电流传感器利用这种相互作用关系，通过测量磁场的变化来间接测量电流。
磁通门电流传感器通常由铁芯、线圈和传感器芯片组成。
铁芯是磁通门电流传感器的核心部件，它能够集中磁场并引导磁力线通过线圈。
线圈是传感器的输入端，当电流通过线圈时，会在铁芯中产生一定的磁场。
传感器芯片则负责测量磁场的强度，并将其转化为相应的电信号。
在磁通门电流传感器中，磁场的变化是通过测量铁芯中磁场的强度来实现的。
当电流通过线圈时，铁芯中的磁场强度与电流成正比。
传感器芯片可以感知到磁场的强度，通过对磁场强度的测量，可以得到电流的大小。
磁通门电流传感器的工作原理可以通过以下步骤来描述：首先，当电流通过线圈时，线圈周围会产生磁场。
其次，铁芯集中磁场并引导磁力线通过线圈。
然后，传感器芯片感知到磁场的强度，并将其转化为相应的电信号。
最后，通过对电信号的处理和分析，可以得到电流的大小。
磁通门电流传感器具有许多优点。
首先，它的响应速度非常快，可以实时监测电流的变化。
其次，它的精度很高，可以满足对电流测量的精确要求。
此外，它的安装方便，可以直接套在被测导线上，不需要额外的电源供应。
另外，磁通门电流传感器具有较好的线性特性和低温漂移特性，能够在不同环境条件下稳定工作。
磁通门电流传感器在电力系统中的应用非常广泛。
它可以用于测量电力系统中的各种电流，如输电线路、变压器、发电机等。
通过对电流的实时监测和测量，可以提高电力系统的安全性和稳定性。
此外，磁通门电流传感器还可以用于电动车辆的电流监测和控制，以及工业自动化领域的电流检测等。
磁法测量讲稿课件
目录
• 磁法测量概述 • 磁法测量技术 • 磁法测量实践 • 磁法测量案例分析 • 磁法测量的挑战与展望
01
磁测量定义
磁法测量是一种利用地磁场和人工磁场的变化来 进行地质勘探和测量的方法。
02 磁法测量原理
通过测量地磁场或人工磁场的磁场强度和方向， 可以推断出地下或地面物体的性质、形态和分布 规律。
1 2 3
高精度传感器
随着传感器技术的不断发展，未来将开发出更高 精度、更灵敏的磁场传感器，提高磁法测量的分 辨率和准确性。
智能化技术
人工智能和机器学习技术在磁法测量中的应用将 进一步深化，通过数据处理和模式识别等技术提 高测量效率和准确性。
多源融合技术
将磁法测量与其他地球物理方法进行融合，形成 多源地球物理勘探技术，有助于提高勘探效率和 精度。
详细描述
磁法测量通过测量地球磁场的变化，可以探测到地下矿体的磁性特征，进而确定矿体的位置和 资源量。在案例一中，利用磁法测量技术对某地区的铁矿进行了探测，通过数据分析确定了矿 体的位置和资源量，为后续的开采提供了重要依据。
案例二：考古遗址探测
总结词
利用磁法测量技术探测考古遗址，为文物保护提供科学依据 。
研究。
军事侦察
磁法测量在军事上可 用于探测地下掩埋的 军事设施和武器装备
。
磁法测量的重要性
01 资源开发与环境保护
磁法测量在资源开发和环境保护领域具有重要意 义，可以为矿产资源开发、土地利用和环境保护 提供科学依据。
02 科学研究
磁法测量是地球物理学、地质学、考古学等领域 的重要研究手段，有助于推动相关学科的发展。
介绍如何对测量数据进行处理和 校正，以确保数据的准确性和可 靠性。
磁场的测量方法
磁场的测量方法
嘿，你知道磁场咋测量不？其实啊，测量磁场有好几种办法呢！比如用霍尔效应传感器。
把这传感器往磁场里一放，它就能根据磁场的强弱产生不同的电压。
这就好像一个小侦探，能敏锐地察觉到磁场的存在并给出信号。
步骤嘛，很简单，把传感器放对位置，然后读取数据就好啦。
那可得注意放的位置要准确，不然数据就不准啦。
这过程安全不？放心吧，一般没啥危险，就跟你拿个小玩意儿玩似的。
稳定性也不错，只要操作得当，数据不会乱蹦跶。
那这测量磁场有啥用呢？应用场景可多啦！在电子设备里，能检测磁场干扰，保证设备正常运行。
这就像给设备加了个保护罩，让它们免受磁场的捣乱。
优势也很明显啊，测量准确，速度还快。
给你举个实际案例哈。
有个工厂，设备老是出问题，一检查，原来是磁场干扰。
用了磁场测量的方法，找到了干扰源，解决了大问题。
你说这厉害不厉害？
磁场测量真的超有用，能帮我们解决好多问题呢。
咱可得好好利用这神奇的方法。
磁通门传感器的研究进展
磁通门传感器的研究进展目录1.内容综述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.1 研究背景与意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.2 研究现状概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31.3 研究目标与内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42.磁通门传感器基础理论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 2.1 磁通门传感器的工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 2.2 基本模型与数学描述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62.3 材料与结构特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．73.磁通门传感器的设计与制造．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 3.1 设计原理与方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 3.2 制造工艺与设备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．123.3 性能测试与评估方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．134.磁通门传感器的性能优化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 4.1 灵敏度与响应速度优化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 4.2 稳定性与可靠性分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．174.3 温度补偿技术．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．185.磁通门传感器的应用研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 5.1 在磁场检测中的应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．205.2 在导航与定位系统中的应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．215.3 在其他领域的应用前景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．226.磁通门传感器的集成与智能化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．236.1 传感器阵列的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．246.2 信号处理与数据融合技术．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．256.3 智能控制系统的构建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．277.磁通门传感器的挑战与展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．287.1 当前面临的主要挑战．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．297.2 未来发展趋势预测．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．307.3 研究方向的建议．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．318.总结与展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．328.1 研究成果总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．338.2 对未来研究的展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．341. 内容综述磁通门传感器是一种基于电磁感应原理的测量设备，它能够精确地检测磁场的变化。
磁通门技术
磁通门技术I国内外研究现状磁通门是利用被测磁场中高导磁铁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的一种传感器。
磁通门传感器也称磁强计，由探头和接口电路组成，具有分辨率高(最高可达10-11T)、测量弱磁场范围宽(在10-8T以下)、可靠、简易、经济、耐用、能够直接测量磁场的分量和适于在高速运动系统中使用等特点。
磁通门传感器的研究起始于1928年，几年后才出现了利用磁性材料自身磁饱和特性的磁通门磁强计，它被用来测量1mT以下的直流或低频交流磁场。
1936年，Aschenbrenner和Goubau称达到了0.3nT的分辨率。
在第二次世界大战中，用于军事探潜的磁通门传感器有了较大的发展。
用电流传感器作为电气设备绝缘在线检测系统的采样单元，已得到业内人士的共识。
目前，电流传感器有多种类型，如霍尔传感器、无磁芯电流传感器、高导磁非晶合金多谐振荡电流传感器、电子自旋共振电流传感器等。
由于电力系统使用环境的特殊性，许多传感器存在自身的局限性。
目前应用于电力系统的电流传感器多是以电磁耦合为基本工作原理的，从采样方式上分，这类传感器主要有直接串入式、钳式、闭环穿芯式三种。
大量的研究试验表明，基于“零磁通原理”的小电流传感器更适合电力系统绝缘在线检测的要求。
本文所述小电流传感器即是以磁通门技术为基本原理，加上闭环控制在电子电路中的应用，使小电流传感器具有高精度、高稳定度、抗干扰能力强等优点[1]。
磁通门是一种磁测量传感器。
由于它在动目标中可以极敏感地感应地磁强度,早在本世纪30年代就被应用于航磁测量部门。
近20年来,在物理学、电子技术、金属冶炼等方面取得的巨大成果,使磁通门在弱磁测量、抗电磁干扰、耐高温、可靠性、寿命、价格方面取得了前所未有的进展。
在地质勘探和石油钻井中,包括磁通门在内的敏感元件提供的有关钻头前进方向的信息,使按设计井身轨迹实现高质量定向—水平钻井成为可能。
我在这里简单列举几个国际上取得的成果。
测量磁场的方法及原理
测量磁场的方法及原理嘿，咱今儿个就来聊聊测量磁场的那些事儿！磁场这玩意儿，看不见摸不着，可又实实在在地存在着，就像个神秘的小精灵在那儿蹦跶。
要测量磁场呀，那方法可不少呢！就说用霍尔效应吧，这就好比是磁场世界里的一把神奇钥匙。
想象一下，有个小玩意儿，能通过磁场的作用产生一个特别的信号，咱就能根据这个信号知道磁场的强弱啦！是不是挺有意思的？这不就像是你能根据一个人的脚步声知道他是谁一样神奇嘛！还有磁通门磁力计，这就像一个超级敏感的小侦探，对磁场的细微变化都能敏锐地察觉到。
它能把磁场的情况摸得透透的，让我们对磁场有更清楚的了解。
再说说磁共振法，这可厉害了！就好像是给磁场做了个全面的体检。
它能深入地了解磁场的各种特性，让我们能更准确地掌握磁场的情况。
那这些方法背后的原理又是啥呢？其实就是利用了磁场和其他物理现象之间的关系呀。
就像朋友之间总有一些特别的联系一样，磁场和这些物理量也有着紧密的关联。
通过研究这些关系，我们就能找到测量磁场的好办法啦。
比如说霍尔效应，就是利用了带电粒子在磁场中运动时会受到力的作用，从而产生一个特殊的电压。
这不就是巧妙地利用了磁场的特性嘛！磁通门磁力计呢，则是通过特殊的材料对磁场的敏感反应来测量的。
就好像是一个对磁场特别敏感的人，一点点磁场的变化都能让他有反应。
磁共振法就更不用说了，那是对磁场和物质相互作用的深入探究，从而得出磁场的各种信息。
测量磁场可不是件简单的事儿，就跟我们要了解一个人一样，得花时间和精力。
但一旦我们掌握了这些方法和原理，就能像打开了磁场世界的大门，看到里面丰富多彩的景象啦！想想都让人兴奋呢！在我们的生活中，测量磁场的应用那可多了去了。
从电子设备到科学研究，从医疗诊断到工业生产，哪儿都有它的身影。
它就像一个默默奉献的小天使，在我们看不到的地方发挥着重要的作用。
所以呀，了解测量磁场的方法及原理，不只是为了满足我们的好奇心，更是为了让我们能更好地利用磁场，让它为我们的生活带来更多的便利和惊喜。
磁通门电流传感器工作原理图文详解
磁通门电流传感器工作原理图文详解
磁通门电流传感器是一种是以磁通门技术为基本原理，加上闭环控制在电子电路中的应用，磁通门传感器具有分辨力高、测量弱磁场范围宽、可靠、能够直接测量磁场的分量和适于在速运动系统中使用等特点。
下面本文就对磁通门电流传感器的工作原理及构成等进行详细介绍。
磁通门电流传感器工作原理磁通门传感器的工作原理是基于铁芯材料的非线性磁化特性，其敏感元件为高磁导率、易饱和材料制成的铁芯，有两个绕组围绕该铁芯：一个是激励线圈，另一个是信号线圈。
在交变激励信号fl的磁化作用下，铁芯的导磁特性发生周期性饱和与非饱和的变化，从而使围绕在铁芯上的感应线圈感应出反应外界磁场的信号。
因为磁通门传感器是利用被测磁场中高导磁率磁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的。
这种物理现象对被测环境磁场来说好像是一道门，通过这道门，相应的磁通量即被调制，并产生感应电动势。
利用这种现象来测量电流所产生的磁场，从而间接的达到测量电流的目的。
磁通门电流传感器原理图
二、磁通门电流传感器的构成下图是磁通门电流传感器的系统构成
磁通门电流传感器系统构成框图
电流传感器的系统框图所示。
电流所产生的的磁场在磁通门探头内经激励信号调制后，通过峰值检波和积分滤波电路产生有用的电压信号，然后经过反馈，使电流传感器工作在零磁通状态。
图1：磁通门绕组结构图。
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基于磁通门传感器的弱磁场检测方法杨理践;涂传宾;高松巍【摘要】为了实现对弱磁场的检测,研究了磁通门传感器原理,建立了磁通门传感器数学模型;采用高磁导率材料钴基非晶合金VITROVAC 6025Z作为磁芯材料设计制作了磁通门传感器,结合DDS(直接频率合成器)激励电路和虚拟仪器构成磁通门磁强计.虚拟仪器上磁场调零功能可实现磁通门磁强计在不同磁场环境下的归零校准,对弱磁场的测量更加精确.经对比实验,选择激励信号频率为10 kHz,激励幅值为5V,此时该系统灵敏度较高.在稳定可控磁场中,利用特斯拉计对系统进行定标,实验结果表明,磁通门磁强计线性度较好,分辨力达μT级.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2014(000)009【总页数】4页(P84-87)【关键词】磁通门;虚拟仪器;DDS;钴基非晶合金;弱磁场检测;线性拟合【作者】杨理践;涂传宾;高松巍【作者单位】沈阳工业大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110870;沈阳工业大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110870;沈阳工业大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110870【正文语种】中文【中图分类】TP212.10 引言磁通门磁强计是一种基于铁磁性材料在磁化饱和时，其磁导率非线性变化特性而工作的弱磁检测设备，磁通门技术开始于20世纪30年代，随着科学技术的发展，该技术在地球物理学、航天工程、生物医学、军事领域、材料无损探伤等领域得到广泛应用[1]。
缘于磁通门传感器高分辨率、高稳定性等优点，使得其在弱磁检测领域具有很大优势，是目前测量微弱磁场较为理想的设备。
为实现对弱磁场的检测，采用高磁导率材料钴基非晶合金VITROVAC 6025Z作为磁芯材料设计制作了磁通门传感器，采用DDS信号发生器作激励源，虚拟仪器开发平台LABVIEW结合PCI-1716数据采集卡完成对磁通门传感器微弱磁场信号的采集、处理和显示。
零点补偿实时可调增加了系统的灵活性和不同磁场环境下的适用性，该系统操作简单、维护方便，具有很好的实用价值。
1 磁通门传感器原理磁通门现象其实是变压器效应的衍生现象，同样符合法拉第电磁感应定律。
当磁芯处于非饱和磁场中，其磁导率变化缓慢，而当磁芯达到饱和时，其磁导率变化明显，此时被测磁场被调制进感应电势中，可以通过测量磁通门传感器感应电势中能够反映被测磁场的量来度量磁场。
磁通门传感器的工作过程中，磁芯的饱和点就貌似一道“门”，通过这道“门”，被测磁场被调制[2]。
1．1 磁通门磁强计构成磁通门磁强计由激励电路、磁通门传感器、检测部分构成。
如图1所示。
图1 磁通门磁强计构成磁通门传感器是磁强计的重要组成部分，完成对被测磁场的调制，激励电路提供交变信号，使磁芯往复饱和，检测部分的功能是提取磁通门信号中能够反映被测磁场大小的信号成分进行处理，测量其幅值，从而得出相应的被测磁场的大小。
1．2 单芯磁通门传感器模型建立选择正弦信号作为磁通门传感器激励信号，激励磁场与被测磁场共同作用于磁芯，在半周期内激励磁场与被测磁场同向，使磁芯提前饱和；在另半周期内激励磁场与被测磁场反向，使磁芯滞后饱和，因被测磁场的存在，在正负半周期间出现磁通门变化的速率差，产生偶次谐波[3]。
以单芯磁通门传感器模型作为研究对象，在一根磁芯上缠绕激励线圈和感应线圈，磁芯为高磁导率的铁磁性材料，磁导率为μ，横截面积为S，感应线圈匝数为N．模型如图2所示：图2 单芯磁通门传感器模型设激励电流频率为ω，幅值为Hm，通过激励线圈产生磁场H1为：H1=Hmsinωt(1)磁芯轴向上环境磁场强度为H0，则磁芯内部磁场强度H为：H=H0+H1(2)磁芯内部磁感应强度B为：B=μ·H=μ·(H0+H1)(3)当Hm小于磁芯磁饱和强度Hs时，磁芯的磁化曲线(BH曲线)处于线性区域，磁导率μ为定值。
磁通门传感器感应线圈中电压U为：(4)将式(1)、式(3)代入得：U=-μωNSHmcosωt(5)通过式(5)可以看出，感应电压大小与轴向环境磁场H0无关，无法实现对磁场的测量。
当Hm大于磁芯磁饱和强度Hs时，磁导率μ随激励磁场大小变化显著，是时间的函数，设磁导率为μ(t)。
激励磁场H1有正负之分，频率为ω，而μ(t)为标量，没有正负之分，变化频率为激励磁场频率ω的2倍。
μ(t)为偶函数，用傅里叶展开为：(6)式中：μd为磁导率中直流成分；μi为各2i次谐波分量幅值。
代入式(3)、式(4)中，则感应电压U(t)为：-NSHmμ(t)cosωt(7)式中：代入式(7)中得U(t)=NSH0ω2iμisin2iωt+NSHmωsinωt2iμisin2iωt-(8)代入三角函数的积化和差公式：U(t)=NSH0ω2iμisin2iωt-NS Hmμdcosωt-(9)由上式可以看出，磁通门输出的电压信号由含H0和Hm的项组成。
当环境磁场H0为零时，磁通门输出电压均为含Hm的项，其中只含有激励信号频率的奇次谐波，为变压器效应产生的感生电动势；当环境磁场H0不为零时，磁通门输出电压中含H0的项为激励信号频率的偶次谐波，其幅值与H0成正比，同时与感应线圈匝数N、ω激励频率、磁芯横截面积S成比例关系。
进行弱磁测量时，只需提取含有激励频率偶次谐波的量，滤除杂波信号，所以通常通过检测偶次谐波的大小得到待测H0的强度。
1．3 环形差分磁通门传感器模型建立为了消除磁通门信号中因变压器效应而产生的电势，采用环形差分结构，激励线圈同向串联，使变压器效应感应电势相抵消，而能够体现被测磁场大小的偶次谐波信号叠加得到增强[4]。
磁通门传感器结构如图3所示。
(a)传感器结构图(b)传感器实物图图3 磁通门传感器结构如图3(a)差分结构中，激励线圈上下两半在尺寸和电磁参数上对称，产生的磁场方向相反，在公共感应线圈上的感应电势互相抵消，而待测磁场H0产生的感应信号相叠加，式(9)可写为：(10)由上式可以看出，由于差分式传感器结构，由变压器效应产生的感应电势相抵消后为零，传感器输出的感应电势与被测磁场大小成正比，而变压器效应仅起到了调制磁芯磁导率的作用。
差分式磁通门灵敏度G可以表示为：(11)由上式可以看出，灵敏度与N、S、ω、μi成正比例关系，可以通过改变相关参数来调节传感器的灵敏度，式(11)对研究磁通门传感器的灵敏度意义重大。
2 磁通门传感器及激励电路磁通门传感器选用差分式结构可以很好的抵消激励信号因变压器效应产生的电势，激励电路采用DDS信号源。
2．1 磁通门传感器磁通门传感器由磁芯、绕线骨架、激励线圈和感应线圈组成。
磁芯是传感器的核心部件，决定着传感器的性能好坏，为了保证磁通门传感器具有较高的灵敏度和稳定性，要求磁芯具有高磁导率、低矫顽力和容易达到饱和等。
商品型号为VITROVAC 6025Z的钴基非晶合金满足以上要求，制作中选用厚0.025 mm，宽3 mm的带材，在激励线圈骨架上沿周向绕制成磁芯。
激励线圈和感应线圈采用直径0.27 mm的漆包线绕制，感应线圈沿周向绕在感应骨架上，线圈总体相连，中间隔开增大线距减小寄生电感，实物如图3(b)所示。
2．2 激励电路激励电路的作用是为磁通门传感器提供交变的激励信号，使磁芯能够处于周期性过饱和状态。
实验时使用FG708S函数信号发生器提供激励，可以方便的选择激励信号的各项参数，经对比实验后选用频率为10 kHz，幅值为5V的正弦信号作为磁通门传感器的激励信号。
系统中用单片机STC89C52RC和AD9850芯片构成DDS信号发生器为传感器提供激励，经过低通滤波器滤除高频杂波干扰，再经功率放大后驱动激励线圈。
激励电路的原理框图如图4所示。
图4 激励电路原理图2．2．1 DDS原理AD9850为高集成度频率合成器，由可编程DDS系统、10位DAC(数模转换器)和高速比较器组成。
其原理框图如图5所示。
图5 AD9850结构原理可编程DDS系统的核心是相位累加器，每来一个外部参考时钟信号，频率控制字就累加到相位累加器中，与相位控制字相加后产生实时的数字相位信息。
数字相位信息输入到正弦表查询地址上，正弦查询表中每一个幅度信息地址对应正弦波0～360°范围内的一个相位点。
正弦查询表将输入的数字相位信息转换为相应的数字幅度值。
然后驱动DAC把数字幅度值转换成模拟幅度值[5]。
2．2．2 单片机控制AD9850产生正弦波采用STC89C52RC单片机串行方式实现对AD9850的控制，D7作为数据输入端口，W_CLK每个上升沿来到时，把一个数据写入到输入寄存器，40位数据都写完后，在FQ_UD上升沿更新输出信号频率和相位，从而实现波形的连续性[6]。
使用了单片机4个I/O口，分别控制AD9850的WCLK、FQ_UD、RST、D7。
工作时D0、D1须接高电平，D2脚接地时为选择串行输入方式。
AD9850时钟信号采用外部125 M有源晶振产生，引脚REST对地电阻取3.9 kΩ．IOUT值随DAC 寄存器的内容线性变化，IOUT下拉电阻进行I/V转换，输出正弦波，IOUTB下拉电阻输出正弦波与IOUB输出波形相差180°。
单片机与AD9850连接电路如图6所示。
图6 AD9850控制电路2．2．3 低通滤波电路为使正弦激励更纯净，采用低通滤波电路滤除外部时钟的高频干扰和杂散信号，考虑到有源滤波器的频带一般不是很高，采用过渡带下降迅速且窄的无源7阶椭圆低通滤波器，电路如图7所示。
图7 低通滤波电路低通滤波电路理论截止频率为70 MHz，滤波电路可以很好的滤除高频杂波信号，得到纯净的正弦波信号。
图7中R1和R2的作用是对IOUT输出电流信号进行I/V转换。
2．2．4 功放电路输出的正弦信号功率太小，通过激励线圈后产生的磁场不足以使磁芯达到周期性的过饱和状态，达不到磁通门效应所需条件。
必须设置功率放大电路，设计中采用TDA2030构成功率放大电路，前级正弦信号经过功放驱动传感器的激励线圈。
功放电路如图8所示。
图8 功率放大电路图3 检测部分该部分功能是将磁通门传感器输出信号通过数据采集卡输入电脑，在虚拟仪器程序中进行处理和显示。
虚拟仪器采用LABVIEW2010软件，配合PCI-1716数据采集卡完成对传感器感应电势的采集和处理。
3．1 信号的采集磁通门传感器置于地磁场中，采用10 kHz，5 V正弦信号激励，用示波器观察输出信号，如图9所示。
图9 磁通门传感器检测信号图9可以看出，磁通门传感器检测信号是一个周期性的谐波信号，在地磁场中信号峰值达60 mV以上，选用的数据采集卡PCI-1716是一款16位的高分辨率数据采集卡，传感器检测信号适于该款数据采集卡的采集、处理。
磁通门传感器中采用激励线圈和感应线圈共地的连接方式，所以输出端与采集卡连接采用单端数据连接方式，选用AI0端口作为检测信号输入端，板卡上AIGND地端与磁通门传感器的地连接，这种连接方式可以消除检测信号与板卡地之间的共模电压干扰。