實驗名稱：功率放大器基于多孔鐵芯微型磁通門的測試與分析技術研究

實驗目的：本節主要對采用MEMS工藝制備的經過拓撲優化后的多孔鐵芯三維螺線管式微型磁通門進行了測試。在不同的被測外磁場、不同的激勵電流值和激勵頻率下對磁通門的靈敏度、線性范圍、噪聲、剩磁誤差等一系列性能指標進行了測定。

實驗設備：信號發生器，ATA-4011高壓功率放大器，磁強計，電流表，磁通門，示波器，頻譜分析儀等。

實驗過程：

磁通門的激勵信號由任意信號發生器和功率放大器ATA-4011級聯產生。電流表串聯在激勵回路中，測量激勵電流的大小。直流電源激勵螺線管產生被測外部磁場，螺線管電流由電流表指示。微型磁通門的感應線圈兩端與示波器相連，分析輸出的電壓信號。感應線圈兩端與示波器直接相連。

 

磁通門測試系統原理框圖

 

在磁傳感器的測試中需要排除外界磁場的影響，其中地磁場是外界磁場的主要組成部分。地磁場包括基本磁場和變化磁場。基本磁場是主體，屬于靜磁場，比較穩定;變化磁場則是指各種短期變化，相對比較微弱。在測試各項指標時，關鍵要保證環境磁場的平穩，零磁空間(磁場強度保持為0nT的空間)是最為理想的環境。地磁場強度大約在50-60μT，會給磁通門的測試帶來較大的干擾，因此實際測試中多采用磁屏蔽裝置對地磁場進行屏蔽來模擬零磁空間。

實驗結果：

（1）激勵電流對靈敏度和線性范圍的影響；

      為了測試不同的激勵電流對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，激勵電流有效值分別為60mA、70mA、80mA、100mA、120mA。通過改變外磁場的大小，分別測試了在以上幾種激勵電流下，微型磁通門的輸出電壓二次諧波幅值隨外磁場的變化曲線，如圖所示。

 

不同激勵電流下二次諧波幅值隨外磁場的變化曲線

（2）激勵頻率對靈敏度和線性范圍的影響；

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

 

不同激勵頻率下二次諧波幅值隨外磁場的變化曲線

在磁通門的測試過程中，隨著激勵頻率的提高，鐵芯的渦流效應和趨膚效應在逐漸加深，這會帶來較大的能量損耗，影響磁通門的性能指標和工作效果。另外，隨著激勵頻率的提高，輸出回路的幅頻特性也會發生明顯改變。因此，提高頻率對提高磁通門性能的效果會逐漸減弱。

實驗中用到的功率放大器ATA-4011參數指標：

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此實驗案例參考自知網論文《基于多孔軟磁薄膜的微型磁通門低功耗技術研究》

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