Aigtek功率放大器基于铁芯微型磁通门的测试分析研究

实验名称：功率放大器基于多孔铁芯微型磁通门的测试与分析技术研究

实验目的：本节主要对采用MEMS工艺制备的经过拓扑优化后的多孔铁芯三维螺线管式微型磁通门进行了测试。在不同的被测外磁场、不同的激励电流值和激励频率下对磁通门的灵敏度、线性范围、噪声、剩磁误差等一系列性能指标进行了测定。

实验设备：信号发生器，ATA-4011功率放大器，磁强计，电流表，磁通门，示波器，频谱分析仪等。

实验过程：

磁通门的激励信号由任意信号发生器和功率放大器ATA-4011级联产生。电流表串联在激励回路中，测量激励电流的大小。直流电源激励螺线管产生被测外部磁场，螺线管电流由电流表指示。微型磁通门的感应线圈两端与示波器相连，分析输出的电压信号。感应线圈两端与示波器直接相连。

磁通门测试系统原理框图

在磁传感器的测试中需要排除外界磁场的影响，其中地磁场是外界磁场的主要组成部分。地磁场包括基本磁场和变化磁场。基本磁场是主体，属于静磁场，比较稳定;变化磁场则是指各种短期变化，相对比较微弱。在测试各项指标时，关键要保证环境磁场的平稳，零磁空间(磁场强度保持为0nT的空间)是最为理想的环境。地磁场强度大约在50-60μT，会给磁通门的测试带来较大的干扰，因此实际测试中多采用磁屏蔽装置对地磁场进行屏蔽来模拟零磁空间。

实验结果：

（1）激励电流对灵敏度和线性范围的影响；

      为了测试不同的激励电流对微型磁通门的灵敏度和线性范围的影响，采用了500kHz固定频率的正弦激励，激励电流有效值分别为60mA、70mA、80mA、100mA、120mA。通过改变外磁场的大小，分别测试了在以上几种激励电流下，微型磁通门的输出电压二次谐波幅值随外磁场的变化曲线，如图所示。

不同激励电流下二次谐波幅值随外磁场的变化曲线

（2）激励频率对灵敏度和线性范围的影响；

为了测试激励电流频率对微型磁通门的灵敏度和线性范围的影响，采用了80mA的正弦激励电流，激励频率分别为400kHz、600kHz、 800kHz、 1000kHz、 1200kHz。 通过改变外磁场的大小，分别测试了在以上几种激励频率下，微型磁通门的输出电压二次谐波幅值随外磁场的变化曲线，如图所示。

不同激励频率下二次谐波幅值随外磁场的变化曲线

在磁通门的测试过程中，随着激励频率的提高，铁芯的涡流效应和趋肤效应在逐渐加深，这会带来较大的能量损耗，影响磁通门的性能指标和工作效果。另外，随着激励频率的提高，输出回路的幅频特性也会发生明显改变。因此，提高频率对提高磁通门性能的效果会逐渐减弱。

实验中用到的功率放大器ATA-4011参数指标：

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此实验案例参考自知网论文《基于多孔软磁薄膜的微型磁通门低功耗技术研究》