μVISION高精度三维磁场测量电路设计与实现+源代码(4)
10 ~ 10 − − 灵敏度最高，但其结构复杂，体积庞大且价格
昂贵，多用于医疗及材料磁性研究领域。
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10 ~ 10 − − 具有体积小，灵敏度高、线性范围宽，使用温
度高、成本低等优点，但目前对其研究仍处于
探索阶段。
表2.1 磁场测量方法
在上述传感器中，霍尔元件以及磁阻器件是半导体磁传感器是目前市场上最成熟
和产量最大的两类产品。结合本次课题磁场测量范围0-1G以及高精度的具体要求，并
且综合考虑传感器的量程、特性及成本等因素，在此，采用基于强磁性金属材料的各
向异性磁电阻效应制成的磁敏电阻传感器来实现对地磁场之类的弱磁场进行测量。
磁阻效应法是电磁效应法的一种，磁阻效应是指一些金属或是半导体在磁场中的
电阻不固定，而是随着磁场的变化与变化的现象。利用这一效应可以间接的测量磁场
的大小。
磁阻传感器即是利用材料的磁阻效应制作的，它有以下非常突出的特点： 体积小，
单位面积的灵敏度高，可靠性高，制作简单，成本低，工作频带也宽,同时磁阻传感
器的测量范围与地磁场相当，可测量磁场范围为0-1G。这些都很好的满足了本次课题
的要求。
2．2 信号调理
传感器测量的模拟信号必须经过一定的处理才能送给A/D进行模数转换。在测量
电路的设计过程中都会涉及到量程的问题。为了得到固定电压得输出,就必须改变运
算放大器的放大倍数。例如:有一运算放大器得放大倍数为10倍,输入信号为0.1mv时,
输出电压为1mv,当输入电压为1mv时,输出就只有10mv,为了得到100mv就必须改变放
大倍数为100。可编程控制运算放大器就是为了解决这一问题而产生的。
仪用放大器是一种经过优化处理、专门设计的精密差分放大器, 所以它具有很多
独特的优势[10]
1、 高共模抑制比
仪用放大器具有能够消除任何共模信号 ( 两输入端电位相同) 同时放大差模信
号( 两输入端电位不同) 的特性。为了使仪用放大器能正常工作, 要求它既能放大微
伏级差模信号, 同时又能抑制几伏的共模信号, 实现这种功能的仪用放大器必须具
有很高的共模抑制能力。
2、 较小的线性误差
得益于仪用放大器厂家采用先进生产工艺和芯片结构，仪用放大器具有线性误差
小的特点，对于一个高性能的仪用放大器来说,线性误差为 0.01%，有的甚至能达到
0.0001%。
3、高输入阻抗
在实际应用电路中信号源阻抗可能很高或不平衡, 为了能很好的匹配, 仪用放
大器的输入阻抗不但要很高, 而且还要具有良好的匹配性能。
4、低噪声
仪用放大器经常被用在恶劣的环境中, 完成较弱信号的拾取和预处理, 所以要
求它必须是低噪声器件, 信噪比太低就不能工作。
5、低失调电压和低失调电压漂移
仪用放大器由两个独立的部分组成, 即输入级和输出级, 总输出失调电压等于
输入失调乘以增益加上输出失调。尽管初始的失调电压可以通过外部来调零, 但失调
电压漂移则不能通过调整来消除。与一般运放的失调电压一样,仪用放大器的失调电
压漂移也由两部分组成,及输入和输出两部分。每一部分均对总增益有影响, 但当增
益提高时输入部分的失调漂移将成为主要的误差源, 而输出部分的影响可以忽略。
此外, 仪用放大器具有优秀的稳定性当工作条件发生变化时,其关键参数仍然保
持稳定。而且使用方便，只须检测两个输入端的电位差。另外,由于它的集成度高, 主