基于电磁感应磁场强度测量的传感器检测原理

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【摘要】 利用LRC滤波器对信号选频，采用音频功率放大器LM386组成信号放大级，调节元件的参数得到合适的增益。信号通过倍压整流得到需要的信号。

【关键词】 LM386放大器 增益调节 倍压整流

一、引言

测量有一定变化规律的磁场的强度有很多测量磁场的方法，磁场强度传感器利用了磁场和物质之间各种物理效应：磁机械效应、核磁共振、磁电效应、超导体与电子自旋量子力学效应。不同测量原理能测量的磁场精度和范围不同。综合测量精度、、频率响应、价格等要求，本文选择基于电磁感应线圈测量法。

二、磁场产生原理

通电直导线周围产生圆形矢量磁场，当导线电流按一定变化规律时，其产生的磁场将按一定规律变化，传感器线圈中将感应出一定规律的电动势。由法拉第定律，线圈的感应电压与磁场强度、线圈圈数、截面积的关系为：

（1）

由于通电导线电流频率较低为20KHz，且线圈较小，令线圈中心到导线的距离为，认为小范围内磁场分布是均匀的，则线圈中感应电动势为：

（2）

三、信号滤波选频

线圈感应电势的频率理论应为20KHz，故采用工字型电感线圈为10mH，其等效电阻为10欧姆，可以采用LC串并联电路实现选频放大。

图 1：LC串并联谐振电路

Fig 1：Inductance and capacitance of series and parallel resonant circuit

上述电路的谐振频率为，由电感，得电容=6.33nF，故选用电容6.8nF。

四、信号放大与幅度测量

信号放大级音频功率放大器LM386构成，在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。电路如下：

图2：LM386可调增益电路

Fig 2：LM386 adjustable gain circuit

采用倍压整流获得感应电势的幅值，当为正半周（4端为负，3端为正），D1导通，D2截止，对充电，电压极性右正左负；当为负半周时（4端为正，3端为负），D2导通，D1截止，加上电容器C1两端的电压对C2充电，电压极性为右正左负，峰值电压为。二极管采用肖特基二极管。

图3：幅度测量电路

Fig 3：Amplitude measurement circuit

五、系统电路图

由于送入单片机A/D采样接口的电压变化范围最好为0～5V，故调整图2中放大电路增益， 图3中端输出的电压即可送入单片机进行采样分析。电路如图4：

图4中Header2为电感线圈传感器接口。

六、结束语

本文给出的以LM386为核心模块构建的电路使得对磁场强度的测量不需要复杂的测量电路即可达到精确测量的效果。该电路中典型的LM386增益可调、倍压整流、以及LRC带通滤波等模块的设计对其他传感器测量电路的设计具有很好的借鉴意义。 （下接98页）