本發(fā)明涉及弱磁場檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種弱磁場檢測裝置及其制備方法。

背景技術(shù)：

在磁場檢測技術(shù)領(lǐng)域,從磁場強度角度上大體可分為弱磁場、強磁場和甚強磁場三大類,其中關(guān)于弱磁場的檢測技術(shù)在很大程度上代表了國家磁場技術(shù)發(fā)展水平。在科學研究、國防建設(shè)、工業(yè)生產(chǎn)、日常生活領(lǐng)域，弱磁場的測量常常起著決定性作用，作為一種測量手段，弱磁測量技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域起著越來越重要的作用。弱磁場檢測技術(shù)的發(fā)展與應用成為人們密切關(guān)切的問題之一。弱磁場的檢測和應用的領(lǐng)域十分廣泛。比如：弱磁場的檢測技術(shù)常用于地磁常規(guī)和地震預兆檢測；航磁地磁測量和宇航工程的磁場測量，使用的都是弱磁場技術(shù)；軍事上艦艇的消磁、魚雷的的制導和衛(wèi)星測距等都需要用到弱磁場技術(shù)；高精度的測磁儀器是地面磁法探礦的主要設(shè)備，但環(huán)境磁場對這些儀器的影響很大，在使用儀器之前，需要對周圍環(huán)境磁場進行檢測；弱磁技術(shù)也可應用于地磁衛(wèi)星、月球磁場以及對金星、水星等外層空間磁場的探測，對天體磁場的研究有很大意義；現(xiàn)代弱磁技術(shù)在生物工程和醫(yī)療器械方面更是有重要的應用,如：核磁共振ct、肺磁診斷儀、胃磁診斷儀等。弱磁技術(shù)是當今高新技術(shù)的一個熱點,它的發(fā)展前景廣闊。

在弱磁場檢測技術(shù)中，傳感器是信號采集檢測的基礎(chǔ)。隨著磁傳感器技術(shù)的發(fā)展，磁傳感器靈敏度越來越高，本底噪聲越來越小。當前用于弱小磁場檢測的傳感器主要有感應線圈、霍爾元件、各向異性磁敏電阻(anisotropicmagnetoresistance，amr)、巨磁電阻(giantmagnetoresistance，gmr)、磁通門探頭以及隧道磁敏電阻(tunnelmagnetoresistance，tmr)等。以下表1為各種傳感器的技術(shù)參數(shù)對比：



表1磁傳感器技術(shù)參數(shù)

感應線圈具有大量程、高精度、制作成本低等特點，在渦流檢測、漏磁檢測中應用十分普遍，但其測量的是磁感應強度的變化率，必須處在變化的磁場中或在磁場中運動才能工作，不能探測靜態(tài)和緩慢變化的磁場，對低頻交變的檢測靈敏度低?；魻杺鞲衅骺芍苯訙y量磁場強度值的變化；在低頻時也具有良好的響應能力，可測量10-7～10t的恒定磁場，也可測量頻率10hz～100mhz、磁感應強度5t的交變磁場，以及脈沖持續(xù)時間為幾十微秒的脈沖磁場，但其功耗大、線性度差。amr元件雖然靈敏度比霍爾元件高很多，但其線性范圍窄；同時，以amr為敏感元件的磁傳感器需要設(shè)置set/reset線圈對其進行預設(shè)/復位操作，制造工藝較復雜，線圈結(jié)構(gòu)的設(shè)置在增加尺寸的同時也增加了功耗。gmr元件較霍爾元件有更高的靈敏度，但其線性范圍較小。tmr元件相對于霍爾元件具有更好的溫度穩(wěn)定性、更高的靈敏度、更低的功耗、更好的線性度，不需要額外的聚磁環(huán)結(jié)構(gòu)；相對于amr元件具有更好的溫度穩(wěn)定性、更高的靈敏度、更寬的線性范圍，不需要額外的set/reset線圈結(jié)構(gòu)；其相對于gmr元件具有更好的溫度穩(wěn)定性，更高的靈敏度，更低的功耗，更寬的線性范圍。參見圖1，其為tmr傳感器本底噪聲曲線?？梢姳镜自胍鬾i的低頻1/f噪音為



高頻白噪音為



靈敏度高達300mv/v/oe。因此，tmr磁傳感器具有超低的功耗、小尺寸、高靈敏度、底噪底、大工作范圍、高分辨率和更好地溫度穩(wěn)定性。

但是，由于磁傳感器還是會存在本底噪聲、設(shè)備接收靈敏度的問題，也會最終影響檢測結(jié)果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供弱磁場檢測裝置及其制備方法，以用于解決現(xiàn)有技術(shù)中，由于磁傳感器的本底噪聲、設(shè)備接收靈敏度的原因，而導致檢測效果不夠好的問題。

一方面，本發(fā)明實施例提供一種弱磁場檢測裝置，包括包括印刷電路板，所述印刷電路板上設(shè)有弱磁場傳感器，其特征在于，所述弱磁場檢測裝置還包括磁聚焦放大器，所述磁聚焦放大器與所述印刷電路板固定連接，所述磁聚焦放大器包括聚焦端，所述聚焦端呈錐狀，所述聚焦端的錐尖與所述弱磁場傳感器的磁敏感點相接觸。

在其中一個實施例中，所述磁聚焦放大器與所述印刷電路板通過可調(diào)節(jié)螺絲固定連接，所述印刷電路板上開設(shè)有裝配通孔，所述裝配通孔的尺寸大于所述可調(diào)節(jié)螺絲的尺寸，所述磁聚焦放大器設(shè)有與所述印刷電路板相貼合的裝配面，所述裝配面上設(shè)有與所述裝配通孔相對應的裝配沉孔，所述磁聚焦放大器與所述印刷電路板之間設(shè)有彈性墊片。

在其中一個實施例中，所述裝配通孔的數(shù)量為2個，所述裝配通孔呈長方形，2個所述裝配通孔與所述磁敏感點排列成一直線，所述裝配通孔的長邊平行于所述直線。

在其中一個實施例中，所述弱磁場傳感器為tmr磁傳感器，所述磁聚焦放大器的材料為鐵鎳軟磁合金，所述磁聚焦放大器呈棱錐形。

在其中一個實施例中，所述印刷電路板上還包括濾波調(diào)理電路、可編程增益放大電路、adc數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)分析處理模塊；

所述濾波調(diào)理電路連接于所述弱磁場傳感器的輸出端，所述濾波調(diào)理電路用于對所述弱磁場傳感器采集的檢測信號進行濾波調(diào)理，得到濾波信號；

所述可編程增益放大電路連接于所述濾波調(diào)理電路的輸出端，所述可編程增益放大電路用于對所述濾波信號的信號幅值進行動態(tài)調(diào)整，得到調(diào)整信號；

所述adc數(shù)據(jù)采集模塊與所述可編程增益放大電路相連接，所述adc數(shù)據(jù)采集模塊用于對所述調(diào)整信號進行轉(zhuǎn)換，得到轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；

所述數(shù)據(jù)分析處理模塊連接于所述adc數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端，所述數(shù)據(jù)分析處理模塊用于對所述轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進行分析處理，得到檢測數(shù)據(jù)。

另一方面，本發(fā)明實施例還提供了一種弱磁場檢測裝置的制備方法，所述制備方法用于制備上述的弱磁場檢測裝置，所述制備方法包括：

獲取所述磁敏感點在所述印刷電路板上的定點位置；

根據(jù)所述定點位置，得到所述裝配通孔的通孔開孔位置并制作所述裝配通孔；

根據(jù)所述定點位置和所述開孔位置，在所述裝配面得到所述裝配沉孔的沉孔開孔位置并制作所述裝配沉孔；

使用所述可調(diào)節(jié)螺絲固定所述印刷電路板和所述磁聚焦放大器，所述印刷電路板和所述磁聚焦放大器置有所述彈性墊片；

通過所述可調(diào)節(jié)螺絲調(diào)整所述印刷電路板和所述磁聚焦放大器的相對位置，使所述聚焦端的錐尖與所述磁敏感點相接觸；

獲取所述弱磁場檢測裝置的校準數(shù)據(jù)，將所述校準數(shù)據(jù)寫入所述數(shù)據(jù)分析處理模塊，所述校準數(shù)據(jù)用于對所述轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)補償。

在其中一個實施例中，在所述獲取所述磁敏感點在所述印刷電路板上的定點位置的步驟之前，還包括：

開模鑄造所述磁聚焦放大器。

本發(fā)明實施例提供的弱磁場檢測裝置，包括印刷電路板，所述印刷電路板上設(shè)有弱磁場傳感器，其特征在于，所述弱磁場檢測裝置還包括磁聚焦放大器，所述磁聚焦放大器與所述印刷電路板固定連接，所述磁聚焦放大器包括聚焦端，所述聚焦端呈錐狀，所述聚焦端的錐尖與所述弱磁場傳感器的磁敏感點相接觸。由此，實現(xiàn)了進一步解決弱磁場傳感器本底噪聲、設(shè)備接收靈敏度的問題，通過磁聚焦放大器和傳感器陣列的技術(shù)，提高弱小磁信號的采集效果。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對本發(fā)明實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例的附圖，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是tmr傳感器本底噪聲曲線；

圖2是本發(fā)明弱磁場檢測裝置的第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明弱磁場檢測裝置的第一實施例的裝配前的實物示意圖；

圖4是本發(fā)明弱磁場檢測裝置的第一實施例的裝配后的實物示意圖；

圖5是本發(fā)明弱磁場檢測裝置的第一實施例的磁聚焦放大器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明弱磁場檢測裝置的第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明弱磁場檢測裝置制備方法的流程示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

第一實施例

如圖2所示，是本發(fā)明弱磁場檢測裝置的第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。該弱磁場檢測裝置包括印刷電路板1，所述印刷電路板1上設(shè)有弱磁場傳感器11，其中，所述弱磁場檢測裝置還包括磁聚焦放大器2，所述磁聚焦放大器2與所述印刷電路板1固定連接，所述磁聚焦放大器2包括聚焦端21，所述聚焦端21呈錐狀，所述聚焦端21的錐尖與所述弱磁場傳感器11的磁敏感點相接觸。

已知地，弱磁場傳感器11具有磁敏感點，可以根據(jù)傳感器的說明書或經(jīng)檢測獲得。在本發(fā)明實施例中，將磁聚焦放大器2的聚焦端21的錐尖指向磁敏感點，可以達到利用具有聚焦端21的磁聚焦放大器2為弱磁場傳感器11放大信號的效果。

進一步地，所述磁聚焦放大器2與所述印刷電路板1通過可調(diào)節(jié)螺絲固定連接，所述印刷電路板1上開設(shè)有裝配通孔12，所述裝配通孔12的尺寸大于所述可調(diào)節(jié)螺絲的尺寸，所述磁聚焦放大器2設(shè)有與所述印刷電路板1相貼合的裝配面22，所述裝配面22上設(shè)有與所述裝配通孔12相對應的裝配沉孔23，所述磁聚焦放大器2與所述印刷電路板1之間設(shè)有彈性墊片3。

在本發(fā)明實施例中，一方面，由于裝配通孔12的尺寸大于可調(diào)節(jié)螺絲的尺寸，因此可以左右、前后調(diào)整磁聚焦放大器2與印刷電路板1的相對位置，另一方面，由于磁聚焦放大器2與印刷電路板1之間設(shè)有彈性墊片3，該彈性墊片3可以選用硅膠片，在可調(diào)節(jié)螺絲的兩側(cè)各放置一張硅膠片，可以上下調(diào)整磁聚焦放大器2與印刷電路板1的相對位置。因此，根據(jù)本發(fā)明實施例的裝置，可以實現(xiàn)磁聚焦放大器2與印刷電路板1左右、前后、上下幾個方向的微調(diào)，用于保證聚焦端21的錐尖與弱磁場傳感器11的磁敏感點相接觸。此外，裝配沉孔23為螺紋孔，與可調(diào)整螺絲適配，在裝配面22設(shè)置裝配沉孔23而不是通孔，可以避免破壞磁聚焦放大器2的磁聚焦效果。

進一步地，所述裝配通孔12的數(shù)量為2個，所述裝配通孔12呈長方形，2個所述裝配通孔12與所述磁敏感點排列成一直線，所述裝配通孔12的長邊平行于所述直線。

在本發(fā)明實施例中，參見圖3和圖4，圖3是本發(fā)明弱磁場檢測裝置的第一實施例的裝配前的實物示意圖，圖4是本發(fā)明弱磁場檢測裝置的第一實施例的裝配后的實物示意圖。將裝配通孔12的數(shù)量設(shè)為2個，可以較好地固定磁聚焦放大器2，而長方形的裝配通孔12，一方面降低了裝配難度和磁聚焦放大器2的裝配沉孔23的加工精度，另一方面可以進一步保證聚焦端21的錐尖與弱磁場傳感器11的磁敏感點相接觸。

進一步地，所述弱磁場傳感器11為tmr磁傳感器，所述磁聚焦放大器2的材料為鐵鎳軟磁合金，所述磁聚焦放大器2呈棱錐形。

在本發(fā)明實施例中，tmr磁傳感器具有超低的功耗、小尺寸、高靈敏度、底噪底、大工作范圍、高分辨率和更好地溫度穩(wěn)定性。因此本發(fā)明采用tmr磁傳感器對弱磁場信號進行采集和檢測。另外，鐵鎳軟磁合金可以實現(xiàn)磁聚焦的效果，將周圍磁感線聚焦在一起，實現(xiàn)磁場無源放大的效果。

經(jīng)仿真和理論分析可知，除了軟磁的體積和重量外，影響軟磁磁聚焦效果的主要是軟磁的形態(tài)，參見圖5，為本發(fā)明弱磁場檢測裝置的第一實施例的磁聚焦放大器2的結(jié)構(gòu)示意圖，將軟磁加工成圖5所示的5種模型進行試驗測試，將軟磁聚焦點對準磁傳感器，交變正弦磁場環(huán)境下，用示波器測試增加軟磁后的磁傳感器轉(zhuǎn)換的電信號大小。實驗證明，磁聚焦技術(shù)可以將弱小磁場放大數(shù)十倍，也就是說理論上可以將磁探測的距離擴大1倍以上，未使用磁聚焦放大器2的磁傳感器采集的交變磁場信號，幅度約20mv，而增加磁聚焦放大器2后采集的交變磁場信號，幅度約200mv。

經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，圖5左二形狀的軟磁磁聚焦效果最好，可以更好的將空間磁力線聚焦到磁傳感器，實現(xiàn)磁場的放大，最終產(chǎn)品圖4所示。

本發(fā)明實施例提供的弱磁場檢測裝置，包括包括印刷電路板1，所述印刷電路板1上設(shè)有弱磁場傳感器11，其特征在于，所述弱磁場檢測裝置還包括磁聚焦放大器2，所述磁聚焦放大器2與所述印刷電路板1固定連接，所述磁聚焦放大器2包括聚焦端21，所述聚焦端21呈錐狀，所述聚焦端21的錐尖與所述弱磁場傳感器11的磁敏感點相接觸。由此，實現(xiàn)了進一步解決弱磁場傳感器11本底噪聲、設(shè)備接收靈敏度的問題，通過磁聚焦放大器2和傳感器陣列的技術(shù)，提高弱小磁信號的采集效果。

第二實施例

如圖6所示，是本發(fā)明弱磁場檢測裝置的第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例的弱磁場檢測裝置是基于第一實施例的進一步改進，其印刷電路板1上還包括濾波調(diào)理電路13、可編程增益放大電路14、adc數(shù)據(jù)采集模塊15和數(shù)據(jù)分析處理模塊16：

所述濾波調(diào)理電路13連接于所述弱磁場傳感器11的輸出端，所述濾波調(diào)理電路13用于對所述弱磁場傳感器11采集的檢測信號進行濾波調(diào)理，得到濾波信號；

所述可編程增益放大電路14連接于所述濾波調(diào)理電路13的輸出端，所述可編程增益放大電路14用于對所述濾波信號的信號幅值進行動態(tài)調(diào)整，得到調(diào)整信號；

所述adc數(shù)據(jù)采集模塊15與所述可編程增益放大電路14相連接，所述adc數(shù)據(jù)采集模塊15用于對所述調(diào)整信號進行轉(zhuǎn)換，得到轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；

所述數(shù)據(jù)分析處理模塊16連接于所述adc數(shù)據(jù)采集模塊15的輸出端，所述數(shù)據(jù)分析處理模塊16用于對所述轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進行分析處理，得到檢測數(shù)據(jù)。

弱磁場磁場信號采集檢測系統(tǒng)采用模擬電路實現(xiàn)高頻噪聲的濾出和80db以上增益的放大，磁信號采集裝置本身就是一種靜默、被動采集，不發(fā)射任何信號。濾波調(diào)理電路使用了三級運放對信號進行濾波調(diào)理；使用可編程增益放大電路對信號幅值進行動態(tài)調(diào)整；使用16位adc對數(shù)據(jù)進行采集；adc采集的數(shù)據(jù)量比較大，數(shù)據(jù)分析部分采用dsp進行處理。

為了解決磁信號小、環(huán)境噪聲復雜等問題，采用磁聚焦技術(shù)，同時借鑒陣列采集的優(yōu)勢，大大降低了磁傳感器本底噪聲的影響，提高了磁信號采集的靈敏度。本發(fā)明研發(fā)的磁聚焦技術(shù)，通過鐵鎳軟磁合金將弱小磁感線聚焦在一起，將空間磁感應強度無源放大10倍，大大提高單個采集傳感器的靈敏度，提高了次探測距離，降低本底噪聲的影響。

采用鐵鎳軟磁合金磁聚焦技術(shù)弱小磁感線聚焦在一起，將空間磁感應強度無源放大10倍，大大提高單個采集傳感器的靈敏度，提高了磁探測距離，降低本底噪聲的影響，大大改進了弱磁場檢測技術(shù)的靈敏度。

上文對本發(fā)明的弱磁場檢測裝置的實施例作了詳細介紹。下面將相應于上述弱磁場檢測裝置的制備方法作進一步闡述。

第三實施例

如圖7所示，為本發(fā)明弱磁場檢測裝置制備方法的流程示意圖，該制備方法用于制備上述實施例的弱磁場檢測裝置，所述制備方法包括：

步驟101，獲取所述磁敏感點在所述印刷電路板上的定點位置。

在本步驟中，為了實現(xiàn)產(chǎn)品化，需解決軟磁加工、固定、產(chǎn)品一致性等問題，由于磁傳感器本身有一個磁敏感點，將導磁尖角，即磁聚焦放大器的聚焦端的錐尖對準磁敏感點即可。首先保證軟磁加工工藝的一致性，其次保證安裝固定工藝的一致性，最后將軟磁、磁傳感器、采集系統(tǒng)作為整體進行參數(shù)校準測試，寫入系統(tǒng)校準參數(shù)。

在本發(fā)明實施例中，在所述獲取所述磁敏感點在所述印刷電路板上的定點位置的步驟之前，還包括：

開模鑄造所述磁聚焦放大器。

其中，軟磁加工由切割工藝改為開模鑄造工藝，盡可能減小加工工藝帶來的不確定性。

步驟102，根據(jù)所述定點位置，得到所述裝配通孔的通孔開孔位置并制作所述裝配通孔。

在本步驟中，參見圖2，在印刷電路板上開設(shè)2個狹長的裝配通孔，軟磁由此可以實現(xiàn)位置前后調(diào)整。

步驟103，根據(jù)所述定點位置和所述開孔位置，在所述裝配面得到所述裝配沉孔的沉孔開孔位置并制作所述裝配沉孔。

在本步驟中，在磁聚焦放大器的底部開螺絲孔，即裝配沉孔，其尺寸與可調(diào)節(jié)螺絲相匹配，而其孔徑比裝配通孔的尺寸小，可以實現(xiàn)軟磁位置左右調(diào)整。

步驟104，使用所述可調(diào)節(jié)螺絲固定所述印刷電路板和所述磁聚焦放大器，所述印刷電路板和所述磁聚焦放大器置有所述彈性墊片。

在本步驟中，pcb板和軟磁中間增加一定硬度的硅膠墊片，通過螺絲松緊度進行軟磁上下調(diào)整。

步驟105，通過所述可調(diào)節(jié)螺絲調(diào)整所述印刷電路板和所述磁聚焦放大器的相對位置，使所述聚焦端的錐尖與所述磁敏感點相接觸。

步驟106，獲取所述弱磁場檢測裝置的校準數(shù)據(jù)，將所述校準數(shù)據(jù)寫入所述數(shù)據(jù)分析處理模塊，所述校準數(shù)據(jù)用于對所述轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)補償。

當印刷電路板和磁聚焦放大器固定好以后，將整個采集模塊作為整體進行校準，將校準結(jié)果寫入系統(tǒng)校準參數(shù)，實際工作中每個采集模塊根據(jù)校準參數(shù)進行數(shù)據(jù)補償。

以上所說實施例的各技術(shù)特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應該認為是本說明書記載的范圍。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應以權(quán)利要求的保護范圍為準。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明實施例公開了一種弱磁場檢測裝置，該裝置包括印刷電路板，所述印刷電路板上設(shè)有弱磁場傳感器，其中，所述弱磁場檢測裝置還包括磁聚焦放大器，所述磁聚焦放大器與所述印刷電路板固定連接，所述磁聚焦放大器包括聚焦端，所述聚焦端呈錐狀，所述聚焦端的錐尖與所述弱磁場傳感器的磁敏感點相接觸。本發(fā)明實施例公開的弱磁場檢測裝置，實現(xiàn)了進一步解決弱磁場傳感器本底噪聲、設(shè)備接收靈敏度的問題，通過磁聚焦放大器和傳感器陣列的技術(shù)，提高弱小磁信號的采集效果。

技術(shù)研發(fā)人員：喬德靈;李興旺

受保護的技術(shù)使用者：北京藍瑪星際科技有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2017.07.21

技術(shù)公布日：2017.12.12