专利名称：有源磁场传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及测量器件，具体的说是一种对电磁辐射量进行测量的有源磁场传感器。
众所周知，电子产品的电磁辐射是产生环境污染和�：θ颂褰】档闹匾蛩兀业缱酉低车拇湎咴诖褪菔庇捎诜渌斐傻男孤不嵊跋斓讲返男阅芎拖低车目煽啃�。传统的静态磁场测量是利用霍耳元件作为磁场传感器，利用霍耳效应把磁场强度转换成电压信号，其缺陷是它不能对瞬态变化磁场进行测量。传统对传输线的动态测量是应用互感原理采用电流钳对导线中的交变电流进行测量，这种测量工具由于采用活动式开口结构，磁芯由非对称的两部分组成，一头需要铆接，另一头开口，嵌入被测对象。因而存在有三方面的不足，一是用途单一，瞬态响应能力差，二是缝隙磁阻变化大，增益受到限制，三是不能对微弱电流和微弱辐射场进行测量。
本实用新型的目的是对传统电流钳结构进行改进，提供一种有源磁场传感器。
实现本实用新型目的技术方案是采用探测体作为探头，与宽频带低噪声放大器组成有源磁场传感器。该探测体是基于电流互感器和磁偶极天线的原理，其结构是磁芯采用整体结构，磁芯内套接设有开口结构的金属环，被测载流导线从金属环中穿出，利用金属的固有弹性，使金属环自然形成闭合回路。磁芯1上连接的信号引出线设有三个接点，分别与三个不同波段的放大电路输入接头相连接。当对传输线进行测量时，应用互感原理，使经过开口的金属小环将载流导线置于金属环内和磁环线圈两级耦合。在测量辐射场时，可选用不同尺寸的金属环作为接收天线。该放大器主要由三个不同带宽低噪声的放大电路和阻抗变换网络组成。各电路增益变化在3dB范围内，各频率点实现平滑连接，在整个设计带宽范围内增益相同，使放大器形成一个有机的整体。每个频段采用的电路结构形式相同，都是通过平衡电路对探测体采集的信号分别放大和预处理，放大输出的信号再通过差动式输入形成一个对地的单端输出信号，差动输出信号通过第二级放大电路与阻抗变换电路相连接，以提高放大器的增益与带宽，并保证与示波器和频谱仪等设备的输入阻抗匹配。
上述探测体的金属环采用裸铜线或镀银铜线加工而成。对于用作传导测量的金属环采用开口搭接，并对开口处进行合金化处理和淬火处理。使其有足够的弹性以保证嵌入被测的绝缘导线后，两个接头能密切接触，使接触电阻足够小。用于辐射测量的金属环焊接成整体。
本实用新型由于探测体的磁芯采用整体结构，磁芯内套接开口结构的金属环，因而结构简单，易加工，且兼有电流钳和磁偶极天线两种功能；同时由于放大电路采用三个不同波段的三组相同电路形式，所以频带范围宽，在整个频带范围内，增益高，实测表明，本实用新型的工作频率范围为1K-100M，增益为65dB，灵敏度为2.5×10-4A/m，输出阻抗为50Ω。
以下结合附图详细说明本实用新型的结构。
图1是本实用新型的方框图图2是本实用新型的探测体结构图图3是本实用新型的第一波段放大电路原理图图1所示的传感器结构主要由探测体和放大电路组成。其中探测体的信号引出线设有三个接点，分别与1K-2MHZ，1.8M-12MHZ，10M-100MHZ三个不同波段的放大电路相连接。
图2中，1是整体结构形磁芯及线圈，磁芯内套接金属环2，金属环2上设有开口处3，被测载流导线4从金属环2中穿出，磁芯1的外侧设有信号引出线5。
图3所示的第一波段电路原理图是1K-2MHZ频段的放大电路，该电路包括平衡电路、差动输入电路、放大电路和阻抗匹配电路，其中平衡电路由集成块A1、A2与其各自的外围电阻R1、R2、R3和外围电容C1组成，差动输入电路由集成电路A3与外围电阻R4、R5、R6、R7组成，放大电路由集成电路A4与外围电阻R8、R9、R10组成，阻抗匹配电路由集成块A5与输入电阻R11组成。探测体的信号引出线与放大电路的输入接头G相连接，经过两路电子开关U1和U2分别与平衡电路A1和A2相连接，对探测体采集的信号分别放大和预处理。两路平衡电路的输出分别进入差动电路的负端与正端，以有效地抑制共模干扰。形成一个对地的单端输出信号，该输出信号通过电阻R8与放大电路A4相连接，以增加放大器的增益与带宽，放大电路A4的输出通过电阻R11与阻抗变换电路A5相连接，以保证整个电路有50Ω的输出阻抗。阻抗变换电路的输出端P可根据实测要求分别与示波器和频谱仪等不同设备的输入阻抗匹配。
该放大器的1.8M-12MHZ和10M-100MHZ两波段放大电路结构图与图3所示的1K-2MHZ波段的电路结构相同，只是阻容数值不同而已。不同波段的三组放大电路中的运算放大器型号相同，且分别采用A1、A2为MAX4162，A3为MAX4199，A4、A5为MAX4329。
为了克服宽频带低噪声放大电路本身的噪声，除了选用低噪声元件外，尽可能缩短元件间的连线。在制作时，把1K-2MHZ，1.8M-12MHZ两个波段的电路元件安装在印刷电路板的一面，而把10M-100MHZ波段的电路元件安装在印刷电路板的另一面，为防止发生辐射而干扰其它电路，把高频波段的全部元件用金属外壳屏蔽。
权利要求1.一种有源磁场传感器，主要由探测体和放大器组成，其特征在于A.探测体的磁芯(1)采用整体结构，磁芯(1)内套接金属环(2)，金属环(2)上设有开口处(3)，被测载流导线(4)从金属环(2)中穿出，磁芯(1)上连接的信号引出线设有三个接点，分别与三个波段的低噪声放大电路输入接头G相连接；B.放大器设为1K-2MHZ，1.8M-12MHZ，10M-100MHZ三个波段频率的三组相同结构的低噪声放大电路，每一组放大电路包括平衡电路、差动输入电路、放大电路和阻抗匹配电路，其中两路平衡电路A1、A2的输入端分别通过电子开关U1、U2与输入接点G相连接，输出端与差分电路A3的输入端相连接，以形成对地的单端输出信号，该差分输出信号再通过放大器A4与阻抗变换电路A5相连接。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于探测体的金属环采用裸铜钱或镀银铜线，对于用作传导测量的金属环(2)采用开口搭接结构，使被测载流导线置于金属环内和磁环线圈两级耦合，对于用作辐射测量的金属环(2)采用焊接整体结构。
3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于1K-2MHZ，1.8M-12MHZ波段的放大器元件和10M-100MHZ波段的放大器元件分别安装在印刷电路板的两个面上，以避免电路本身的噪声。
专利摘要本实用新型涉及一种测量器件。该器件主要解决电磁辐射测量元件瞬态响应能力差,增益受限制和不能对微弱辐射场进行测量的不足。其技术关键是对探头进行改进,采用整体磁芯1上套接开口金属环2,被测载流导线4从金属环2中穿出的结构,并将与探测器连接的低噪声放大电路设为三个不同波段。具有结构简单,频带宽,增益高之优点。可作为对各种电磁辐射测量的有源磁场传感器。
文档编号G01R33/02GK2410653SQ0022604
公开日2000年12月13日 申请日期2000年1月19日 优先权日2000年1月19日
发明者�：晷� 申请人:�：晷�
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
