工作时,非磁性转轮2以频率f绕z轴旋转,光入射孔的位置发生变化。当第一光入射孔10(1)正对第一发光元件161时,第一光探测器14探测到第一发光元件161的光线并将该光信号转变为电信号,从而能够探测到非磁性转轮2的角位移,并触发第一逻辑触发电路输出频率为4n×f的第一参考信号,可选该第一参考信号的电平为高电平,并保持输出;顺序的,当第一光入射孔10(2)正对第一发光元件161时,第一光探测器14探测到第一发光元件161的光线并将该光信号转变为电信号,从而能够探测到非磁性转轮2的角位移,并触发第一逻辑触发电路切换第一参考信号的电平,此时第一参考信号从高电平切换为4n×f频率的低电平,并保持输出;以此类推,当第一光入射孔10正对第一发光元件161时,第一光探测器14触发第一逻辑触发电路切换第一参考信号的电平,当第一光入射孔10与第一发光元件161交错时,第一逻辑触发电路输出的第一参考信号的电平保持不变。由此可知,第一逻辑触发电路输出频率为4n×f的由高电平和低电平组成的第一参考信号。
同理,基于第二发光元件162、第二光入射孔11和第二光探测器15,第二逻辑触发电路输出频率为m×f的由高电平和低电平组成的第二参考信号。
可选第一光探测器14、第二光探测器15、x轴磁阻传感器7和8、y轴磁阻传感器5和6以及z轴磁阻传感器9位于同一电路板13上。可以理解,光探测器、磁阻传感器、逻辑触发电路等结构均位于同一电路板13上,逻辑触发电路与对应的光探测器电连接,但并不具体限定逻辑触发电路的柱坐标。
示例性的,在上述技术方案的基础上,可选参考信号发生器包括模拟角度传感器和倍频器;模拟角度传感器监控非磁性转轮的旋转,并输出随角度变化的正弦或余弦周期信号,再通过倍频器分别输出频率为4n×f的第一参考信号和频率为m×f的第二参考信号。与上述实施例不同,本实施例中参考信号发生器可以设置在转轴上。参考信号发生器包含模拟角度传感器,该模拟角度传感器可以用于检测转轴的转动,根据转轴的旋转角度输出频率为f的正弦或者余弦信号。参考信号发生器还包括倍频器,频率为f的正弦或者余弦信号经过倍频器分别生成频率为4n×f的第一参考信号和频率为m×f的第二参考信号。
示例性的,在上述技术方案的基础上,可选x轴磁阻传感器、y轴磁阻传感器、z轴磁阻传感器均为隧道磁阻线性传感器。
如图10所示可选外部处理电路包括第一锁相电路24、第二锁相电路28和第三锁相电路26;y轴磁阻传感器5和6的测量信号经过第一电容20耦合输出到第一锁相电路24,x轴磁阻传感器7和8的测量信号经过第二电容22耦合输出到第二锁相电路28,z轴磁阻传感器9的测量信号经过第三电容21耦合输出到第三锁相电路26,其中,锁相电路均包含混频器和低通滤波器,第一锁相电路24和第二锁相电路28的低通滤波器的截止频率均小于4n×f,第三锁相电路26的低通滤波器的截止频率小于m×f。
可选外部处理电路还包括前置放大器,前置放大器设置在电容和锁相电路之间。如图11所示,待测量物理量43即测量信号经过调制传感器44形成频率为f的信号,其中包括高频载波信号源vac和与其相应的传感器441。锁相电路42可选为锁相放大器或锁相环,包括混频器421和低通滤波器422,调制传感器44输出的调制信号经过一个带噪声放大器45进行信号放大,得到信号频率为f的信号,其中,噪声放大器45即为前置放大器。然后,高频载波信号源vac直接输出一个具有频率为f信号的同频率参考信号,该参考信号输入到混频器421,混频后得到一个高频信号和一个低频信号,而后通过低通滤波器422去掉低频部分。由于噪声信号不会发生频移,所以放大器45的噪声也被过滤掉,Zui后得到没有放大器噪声的高频输出信号46。
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如图10所示可选第一参考信号分别连接到第一锁相电路24和第二锁相电路28,第一锁相电路24输出与外磁场h的y轴磁场分量对应的vy信号,第二锁相电路28输出与外磁场h的x轴磁场分量对应的vx信号;第二参考信号连接到第三锁相电路26,第三锁相电路26输出与外磁场h的z轴磁场分量对应的vz信号。可选锁相电路为图中所示锁相放大器。
如上所述,第一光入射孔10(1)在第一发光元件161的照射下,第一光电探测器14将非磁性转轮2旋转的频率f转变成4n×f的第一参考信号。第二光入射孔11(1)在第二发光元件162的照射下,第二光电探测器15将非磁性转轮2旋转的频率f转变成m×f的第二参考信号。其中,第一参考信号分别传输至触发器23和触发器27,经触发器23输入到锁相放大器24的参考信号输入端,用于后续得到对应y轴磁阻传感器的测量信号,经触发器27输入到锁相放大器28的参考信号输入端,用于后续得到对应x轴磁阻传感器的测量信号。第二参考信号被传输至触发器25,经触发器25输入到锁相放大器26的参考信号输入端,用于后续得到对应z轴磁阻传感器的测量信号。
另一方面,x轴磁阻传感器7,y轴磁阻传感器5和z轴磁阻传感器9接收到的敏感磁场分量hx、hy和hz分别转变成频率为4n×f,4n×f和m×f的电信号,并分别经过耦合电容即第一电容20、第二电容22和第三电容21后输入到锁相放大器24、26和28的测量信号输入端。这样锁相放大器24根据触发器23输出的第一参考信号和y轴磁阻传感器5的y轴测量信号,得到y轴磁场分量的输出信号vy;锁相放大器28根据触发器27输出的第一参考信号和x轴磁阻传感器7的x轴测量信号,得到x轴磁场分量的输出信号vx,锁相放大器26根据触发器25输出的第二参考信号和z轴磁阻传感器的z轴测量信号,得到z轴磁场分量的输出信号,从而Zui终得到外磁场的矢量值。
锁相放大器24、26和28对应的参考信号为脉冲形式,光电探测器14和15接受到的光信号用于激发触发器23、25和27,而后分别输出高电平和低电平。光探测器每接受到一次led入射光,则进行高低电平反转触发,即开始时低电平,在接受到led入射光之前,一直保持低电平,接受到led入射光后切换为高电平,并且一直保持高电平,直到接受到下一次led入射光,再次从高电平变成低电平。
示例性的,在上述技术方案的基础上,如图12和图13所示可选非磁性转轮2通过磁屏蔽电机29驱动产生旋转,非磁性转轮2和磁屏蔽电机29通过非磁性传动轴12连接,磁屏蔽电机29表面覆盖一层金属导电层291,磁屏蔽电机291的靠近非磁性转轮2的一侧覆盖软磁金属层292进行磁屏蔽。可选第一软磁扇区3、第二软磁扇区4以及软磁金属层292均为软磁合金材料。
本实施例中,磁屏蔽电机29通过非磁性传动轴即转轴12来驱动非磁性转轮2旋转。磁屏蔽电机29包括电机293以及连接电机293和非磁性转轮2的转轴12,还包括包在电机293表面的金属导电屏蔽层291,其中靠近非磁性转轮2的一侧还贴附有软磁金属层292。非磁性转轮2为非磁性材料,包括塑料、陶瓷、金属和聚合物;第一软磁扇区、第二软磁扇区和软磁金属层为软磁合金材料,即包含co、fe、ni和b、si、c以及过渡金属nb、cu、zr元素组成的高磁导率软磁材料。软磁金属屏蔽层292用于对电机293的旋转磁场进行屏蔽,以免对非磁性转轮2造成影响。
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