專(zhuān)利名稱(chēng)：零磁致伸縮非晶合金磁強(qiáng)計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該實(shí)用新型技術(shù)領(lǐng)域?qū)儆谧詣?dòng)控制磁場(chǎng)測(cè)量裝置。
隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)磁性傳感器和磁場(chǎng)測(cè)量?jī)x器的研制提出越來(lái)越高的要求，在工業(yè)科研測(cè)量和自動(dòng)控制的許多場(chǎng)合要求能對(duì)快速變化的磁場(chǎng)強(qiáng)度，磁通以及與這些物理量直接相關(guān)的位移、電流等進(jìn)行實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)和跟蹤，研制一種微型、低功耗高頻響、抗震動(dòng)靈敏穩(wěn)定的磁性傳感器是非常必要的。零磁致伸縮非晶體合金磁強(qiáng)計(jì)的研制和問(wèn)世就是以滿(mǎn)足這些要求為目的。正如大家所知道的，弱磁場(chǎng)測(cè)量?jī)x器現(xiàn)有多種，但是有些不能連續(xù)測(cè)量，如質(zhì)子磁強(qiáng)計(jì)(Proton Processing Magmetometer)，有些能夠進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，響應(yīng)頻率卻很低，如磁通門(mén)磁強(qiáng)計(jì)(Fluxgate Magnetometer)，只有幾百赫，而且它門(mén)都是體積較大，功耗偏高。
非晶體磁性材料與晶體的比較，具有許多優(yōu)點(diǎn)，如較高的抗張強(qiáng)度(σmax＝200－400kg／mm2)、較高的電阻率(ρ＝120－190μΩ／cm)和較高的導(dǎo)磁率而只帶有很小的誘導(dǎo)各向異性常數(shù)(ku＝200－800J／
)。這就使得它非常適合制作高靈敏度、高頻響和小尺寸的傳感器。本專(zhuān)利就是利用正在研制的國(guó)產(chǎn)非晶體合金材料而發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)。
本實(shí)用新型的目的是提供一種響應(yīng)頻率高、抗震性能好、體積小、功耗低的零磁致伸縮非晶合金磁強(qiáng)計(jì)。
零磁致伸縮非晶體合金磁強(qiáng)計(jì)是由探頭和電路盒組成。AMI－1型是由具有非晶合金磁芯的三個(gè)探頭及其支座和一個(gè)電路盒構(gòu)成的，用于測(cè)量三分量磁場(chǎng)強(qiáng)度。
探頭的結(jié)構(gòu)如

圖1所示，①線圈1；②線圈2；③線圈骨架；④芯體；⑤；線圈引出端；⑦線圈公共引出端；⑧并聯(lián)電容。
兩個(gè)測(cè)量線圈繞在陶瓷管骨架上，線圈間距不要過(guò)大、過(guò)小，以彼此磁通交連不大于20％為宜，非晶芯體插入陶瓷管內(nèi)，以膠封裝。然后將帶骨架的線圈以膠封裝在無(wú)磁合金銅或鋁套管內(nèi)。制作技術(shù)關(guān)鍵是二線圈在插入芯體后的電感量必須作到一樣，相差不得大于2μH。
該磁強(qiáng)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。圖2(a)為該磁強(qiáng)計(jì)運(yùn)行原理圖，圖中L1、L2為插有非晶芯體探頭二線圈，R1、R2(R1＝R2)為兩個(gè)電阻，它和L1、L2(L1＝L2)組成一橋式電路，C1、C2是消除探頭電纜間寄生電容、電感干擾的并聯(lián)電容。圖2(b)為三分量零磁致伸縮非晶體合金磁強(qiáng)計(jì)結(jié)構(gòu)圖，X、Y、Z為三個(gè)探頭。①為多諧振蕩器；②為橋式電路；③為有源濾波器；④為放大器；該結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)成開(kāi)環(huán)，亦可設(shè)計(jì)成閉環(huán)。閉環(huán)的穩(wěn)定性高于開(kāi)環(huán)。
來(lái)自探頭的信號(hào)由多諧振蕩器加以調(diào)制給出頻率穩(wěn)定(可達(dá)10－4)的方波。探頭的兩個(gè)線圈系兩個(gè)感性負(fù)載與另外兩個(gè)電阻構(gòu)成不平衡交流橋式電路，經(jīng)多諧振蕩器和橋式電路調(diào)制的信號(hào)進(jìn)一步經(jīng)有源濾波器掉來(lái)自探頭的高頻噪聲，并經(jīng)放大器放大后輸出。
該傳感器工作原理當(dāng)多諧振蕩器的一側(cè)導(dǎo)通和另一側(cè)截止的振蕩半周期內(nèi)，其中一個(gè)線圈的激勵(lì)電流從零增加到最大，而另一個(gè)線圈的激勵(lì)電流從最大值減少到零。在另半周期內(nèi)，振蕩器反轉(zhuǎn)，線圈中的激勵(lì)電流變化也同時(shí)反轉(zhuǎn)。如果先選L10＝L20，由于電路的對(duì)稱(chēng)性，當(dāng)外加磁場(chǎng)Hex＝0，則L1＝L2，傳感器的輸出Edc＝0，隨著外加磁場(chǎng)Hex的增加，L1不再與L2相等，橋式電路的不平衡增加，Ede便隨著增加，傳感器的輸出與被測(cè)磁場(chǎng)的關(guān)系式如下當(dāng)Cb＝0(振蕩器整流電容)Ede＝ (eRl)/(Rb) · (△L)/(L)
當(dāng)Rb＝0(振蕩器整流電阻)Ede≈3(1 (π)/4 )RL·E (C6)/(L) (△L)/(L) (E電源電壓)其中L＝ (4Nrwhβm)/(πImN) (1－ (Hex)/(H6) )N是線圈圈數(shù)；Nr是芯體根數(shù)；W、h是芯體寬度和厚度；βm是最大飽和磁通；Im是最大激勵(lì)電流；Hb是芯體材料去磁場(chǎng)。
實(shí)現(xiàn)該傳感器穩(wěn)定可靠運(yùn)行的技術(shù)關(guān)鍵是1、探頭的合理設(shè)計(jì)N＝450匝，線圈間距15MM，線圈長(zhǎng)15MM，三層，芯體長(zhǎng)50MM，寬1MM，厚35MM，二根，ΔL0＝L10－L20≤2μH，陶瓷管φ2MM。
2、合理選擇運(yùn)行工作點(diǎn)，取激勵(lì)電流Im＝50mA，使Barkhasen噪聲為最小。
3、為消除探頭電纜間寄生電容、電感干擾，在探頭上采用并聯(lián)電容(C＝2400P)的方法。
4、利用有源濾波器濾掉來(lái)自探頭的高頻噪聲。
5、設(shè)計(jì)開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種。
AM1－1，AM1－3非晶合金磁強(qiáng)計(jì)主要技術(shù)參數(shù)如圖6所列。
根據(jù)各種不同用途，做有不同型號(hào)的磁強(qiáng)計(jì)AM1－1－1，AM1－1－2，AM1－1－3。
AM1－1－1磁強(qiáng)計(jì)是用于非接觸測(cè)量弱交變電流(40μA以上)的磁強(qiáng)計(jì)。如圖3所示。該磁強(qiáng)計(jì)探頭是螺旋形的。圖3是外形圖。
AM1－1－2磁強(qiáng)計(jì)是用于測(cè)量微位移磁強(qiáng)計(jì)(1.4KHZ，分辨率為1μm)，如圖4所示。它是人體脈相傳感器。圖4為外形圖。
AM1－1－3磁強(qiáng)計(jì)是由于測(cè)量漏磁通的磁強(qiáng)計(jì)(10KHZ，－3db以下)，如圖5所示外形圖。
AM1－1－3的探頭甚小，適用于監(jiān)測(cè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)中的漏磁通，可安裝在定子槽縫中，如果定子和轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生故障，漏磁通會(huì)急劇增加，該磁強(qiáng)計(jì)即可及時(shí)報(bào)警，并切斷電源，實(shí)施保護(hù)。該磁強(qiáng)計(jì)尺寸為2MM×1MM×1MM。
該實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了連續(xù)測(cè)量，響應(yīng)頻率高，體積小，低功耗＜100MW～＜300MW，應(yīng)用范圍廣，適用于穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)，動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)，非接觸測(cè)量弱變多電流、微位移及漏磁通。
權(quán)利要求1.一種零磁致伸縮非晶體合金磁強(qiáng)計(jì)，其特征在于探頭芯體由零磁致伸縮非晶合金制成，與多諧振蕩順和不平衡電橋連接構(gòu)成。
2.按權(quán)力要求1所說(shuō)磁強(qiáng)計(jì)，其特征在于探頭線圈繞在陶瓷骨架上，線圈間距離大小以磁交連不大于20％為宜，非晶芯體插入陶瓷管內(nèi)以膠封裝，將帶骨架的線圈以膠封裝在無(wú)磁合金銅或鋁套管內(nèi)。
3.按權(quán)力要求2所說(shuō)磁強(qiáng)計(jì)，其特征在于線圈N＝450匝，線圈間距離15MM，線圈長(zhǎng)15MM三層，芯體長(zhǎng)50MM，寬1MM，厚35MM，△L0＝L10－L20≤2μA，陶瓷管φ2MM。
專(zhuān)利摘要一種具有探頭(一個(gè)或三個(gè))和線路盒的磁強(qiáng)計(jì)，它的探頭芯體是零磁致伸縮非晶合金制成，具有高靈敏度、高頻響，各向同性，體積小等優(yōu)點(diǎn)。適用于穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)和動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)、非接觸測(cè)量弱交變電流、微位移及漏磁通。
文檔編號(hào)G01R33/02GK2138798SQ89217869
公開(kāi)日1993年7月21日 申請(qǐng)日期1989年10月14日 優(yōu)先權(quán)日1989年10月14日
發(fā)明者賈文奎, 李利民, 李丕奇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心