實(shí)驗(yàn)名稱：功率放大器基于多孔鐵芯微型磁通門的測(cè)試與分析技術(shù)研究

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模罕竟?jié)主要對(duì)采用MEMS工藝制備的經(jīng)過拓?fù)鋬?yōu)化后的多孔鐵芯三維螺線管式微型磁通門進(jìn)行了測(cè)試。在不同的被測(cè)外磁場(chǎng)、不同的激勵(lì)電流值和激勵(lì)頻率下對(duì)磁通門的靈敏度、線性范圍、噪聲、剩磁誤差等一系列性能指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：信號(hào)發(fā)生器，ATA-4011高壓功率放大器，磁強(qiáng)計(jì)，電流表，磁通門，示波器，頻譜分析儀等。

實(shí)驗(yàn)過程：

磁通門的激勵(lì)信號(hào)由任意信號(hào)發(fā)生器和功率放大器ATA-4011級(jí)聯(lián)產(chǎn)生。電流表串聯(lián)在激勵(lì)回路中，測(cè)量激勵(lì)電流的大小。直流電源激勵(lì)螺線管產(chǎn)生被測(cè)外部磁場(chǎng)，螺線管電流由電流表指示。微型磁通門的感應(yīng)線圈兩端與示波器相連，分析輸出的電壓信號(hào)。感應(yīng)線圈兩端與示波器直接相連。

 

磁通門測(cè)試系統(tǒng)原理框圖

 

在磁傳感器的測(cè)試中需要排除外界磁場(chǎng)的影響，其中地磁場(chǎng)是外界磁場(chǎng)的主要組成部分。地磁場(chǎng)包括基本磁場(chǎng)和變化磁場(chǎng)。基本磁場(chǎng)是主體，屬于靜磁場(chǎng)，比較穩(wěn)定;變化磁場(chǎng)則是指各種短期變化，相對(duì)比較微弱。在測(cè)試各項(xiàng)指標(biāo)時(shí)，關(guān)鍵要保證環(huán)境磁場(chǎng)的平穩(wěn)，零磁空間(磁場(chǎng)強(qiáng)度保持為0nT的空間)是最為理想的環(huán)境。地磁場(chǎng)強(qiáng)度大約在50-60μT，會(huì)給磁通門的測(cè)試帶來較大的干擾，因此實(shí)際測(cè)試中多采用磁屏蔽裝置對(duì)地磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽來模擬零磁空間。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

（1）激勵(lì)電流對(duì)靈敏度和線性范圍的影響；

      為了測(cè)試不同的激勵(lì)電流對(duì)微型磁通門的靈敏度和線性范圍的影響，采用了500kHz固定頻率的正弦激勵(lì)，激勵(lì)電流有效值分別為60mA、70mA、80mA、100mA、120mA。通過改變外磁場(chǎng)的大小，分別測(cè)試了在以上幾種激勵(lì)電流下，微型磁通門的輸出電壓二次諧波幅值隨外磁場(chǎng)的變化曲線，如圖所示。

 

不同激勵(lì)電流下二次諧波幅值隨外磁場(chǎng)的變化曲線

（2）激勵(lì)頻率對(duì)靈敏度和線性范圍的影響；

為了測(cè)試激勵(lì)電流頻率對(duì)微型磁通門的靈敏度和線性范圍的影響，采用了80mA的正弦激勵(lì)電流，激勵(lì)頻率分別為400kHz、600kHz、 800kHz、 1000kHz、 1200kHz。 通過改變外磁場(chǎng)的大小，分別測(cè)試了在以上幾種激勵(lì)頻率下，微型磁通門的輸出電壓二次諧波幅值隨外磁場(chǎng)的變化曲線，如圖所示。

 

不同激勵(lì)頻率下二次諧波幅值隨外磁場(chǎng)的變化曲線

在磁通門的測(cè)試過程中，隨著激勵(lì)頻率的提高，鐵芯的渦流效應(yīng)和趨膚效應(yīng)在逐漸加深，這會(huì)帶來較大的能量損耗，影響磁通門的性能指標(biāo)和工作效果。另外，隨著激勵(lì)頻率的提高，輸出回路的幅頻特性也會(huì)發(fā)生明顯改變。因此，提高頻率對(duì)提高磁通門性能的效果會(huì)逐漸減弱。

實(shí)驗(yàn)中用到的功率放大器ATA-4011參數(shù)指標(biāo)：

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此實(shí)驗(yàn)案例參考自知網(wǎng)論文《基于多孔軟磁薄膜的微型磁通門低功耗技術(shù)研究》

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