一種基於巨磁電阻磁敏感的金屬密閉體內測試儀觸發裝置的製作方法

2023-11-05 05:15:07

本發明涉及一種利用巨磁阻效應對金屬密閉體內休眠狀態的測試儀進行觸發的方法，具體是一種基於巨磁電阻磁敏感的金屬密閉體內測試儀觸發裝置。

背景技術：

目前，存儲測試儀應用領域十分廣泛，在信號傳輸困難的運動件動態參數測試領域起著至關重要的作用。存儲測試儀實時實況完成動態參數測試，測試完畢，取出金屬密閉體內的存儲測試儀，對獲取的數據進行分析處理。

存儲測試儀（例如：發明專利-微小型智能電子測試儀-cn200910074322.x）一般採用鋰電池供電和非易失性存儲器存儲數據，狹小空間和運動的工作環境對存儲測試儀提出了很高的微體積和低功耗要求，具體表現在：存儲測試儀的功耗儘可能低、並且存儲測試儀採用狀態設計，即存儲測試儀在測試前處於低功耗休眠狀態，待需要測試的時候，給存儲測試儀一個觸發信號（相當於啟動命令），存儲測試儀開始工作，實現被測對象的動態參數測試，待測試任務完畢（滿足設定數據容量或者設定時間的條件），存儲測試儀自動進入休眠狀態；若是多次間歇測試，需要多次給存儲測試儀一個觸發信號（相當於啟動命令），實現多次喚醒。因此，存儲測試儀何時開始工作取決於觸發信號（啟動命令），也即觸發信號是存儲測試儀開始工作的唯一啟動命令，不能出現需要啟動存儲測試儀時候沒有觸發（也簡稱為應該觸發時候的不觸發）、也不能出現不需要觸發時候存儲測試儀觸發了（也簡稱為不應該觸發時候的誤觸發），於是，不能不觸發、也不能誤觸發，正確可靠地觸發是存儲測試儀正常工作的一項關鍵技術。

存儲測試儀的觸發方法一般有：定時觸發（超過設定時間即認為事件發生，即得到唯一的啟動命令）、內觸發（判斷比較信號是否大於預定閾值，若信號大於預定閾值即認為事件發生，即得到唯一的啟動命令）、外觸發（收到外界觸發信號即認為事件發生，即得到唯一的啟動命令）。針對一般常用的外觸發方法，正確觸發的關鍵在於傳遞可靠有效的觸發信號，可是，金屬密閉體對於電、熱、光、聲等信號傳遞有一定的阻礙作用，使用受限；雖然金屬密閉體對磁場有一定的屏蔽作用，但是只是對磁信號幅度衰減，能夠將金屬密閉體外部的磁信號傳遞到金屬密閉體內部（公開資料及實踐經驗表明金屬屏蔽體的屏蔽效果不能達到磁場強度衰減為零的地步）。於是本發明利用巨磁電阻對微弱磁信號的敏感反應，實現金屬密閉體內存儲測試儀的觸發。

技術實現要素：

本發明為了解決金屬密閉體內存儲測試儀難以有效觸發問題，提供了一種基於巨磁阻效應的金屬密閉體內測試儀的觸發方法。

本發明是通過如下技術方案實現的：一種基於巨磁電阻磁敏感的金屬密閉體內測試儀觸發裝置，所述觸發裝置包括設置於金屬密閉體外壁左側的u型磁鐵，u型磁鐵的兩個磁極朝向金屬密閉體，與u型磁鐵的兩個磁極相對的金屬密閉體內壁左側面上安裝有第一導磁體和第二導磁體；

金屬密閉體內部與第二導磁體中部水平相對的設置有第二巨磁電阻和第四巨磁電阻，第二巨磁電阻和第四巨磁電阻分別前後平行並排設置且兩者之間存在間距，第二巨磁電阻和第四巨磁電阻的水平中心線位於同一水平面上，第二導磁體的底面與第二巨磁電阻和第四巨磁電阻的底面在同一水平面上或低於兩者的底面高度，第二導磁體的前後寬度與第二巨磁電阻外側面和第四巨磁電阻外側面之間的距離相等或寬於兩者外側面之間的距離，第二導磁體的水平中心線與第二巨磁電阻和第四巨磁電阻之間的中心線在同一水平面內；

第二巨磁電阻和第四巨磁電阻右側的金屬密閉體內部設置有第二條形磁鐵，第二條形磁鐵位於第二巨磁電阻和第四巨磁電阻之間的中心線上；

金屬密閉體內部與第一導磁體中部水平相對的設置有第一巨磁電阻和第三巨磁電阻，第一巨磁電阻和第三巨磁電阻分別前後平行並排設置且兩者之間存在間距，第一巨磁電阻和第三巨磁電阻的水平中心線位於同一水平面上，第一巨磁電阻在金屬密閉體內部所在的前後左右位置與第二巨磁電阻相同，第三巨磁電阻在金屬密閉體內部所在的前後左右位置與第四巨磁電阻相同，第一導磁體的頂面與第一巨磁電阻和第三巨磁電阻的頂面在同一水平面上或高於兩者的底面高度，第一導磁體的前後寬度與第一巨磁電阻外側面和第三巨磁電阻外側面之間的距離相等或寬於兩者外側面之間的距離；

第一巨磁電阻和第三巨磁電阻右側的金屬密閉體內部設置有第一條形磁鐵，第一條形磁鐵位於第一巨磁電阻和第三巨磁電阻之間的中心線上；

第二條形磁鐵與第一條形磁鐵的磁極所在的方向相同，位於底部的第二巨磁電阻、第四巨磁電阻和第二條形磁鐵通過位於中部的平板狀的第三導磁體、與位於上部的第一巨磁電阻、第三巨磁電阻和第一條形磁鐵間隔開，平板狀的第三導磁體與金屬密閉體前後左右四壁相連，將整個金屬密閉體平均分成上下兩個獨立的空間；

第一巨磁電阻、第二巨磁電阻、第三巨磁電阻和第四巨磁電阻構成差動全橋；

第一巨磁電阻的一端和第四巨磁電阻的一端通過引線相連接形成a連接點，第二巨磁電阻的一端和第三巨磁電阻的一端通過引線相連接形成c連接點，第一巨磁電阻的另一端和第二巨磁電阻的另一端通過引線相連接形成b連接點，第三巨磁電阻的另一端和第四巨磁電阻的另一端通過引線形成d連接點，a連接點和c連接點分別連接至金屬密閉體內部直流電源u的正負極，b連接點和d連接點通過引線形成輸出端uo，輸出端uo接入差分放大電路模塊、電容隔直模塊、放大濾波電路模塊、比較電路模塊，將比較電路模塊輸出端與存儲測試儀相連接。

本發明所述一種基於巨磁電阻磁敏感的金屬密閉體內測試儀觸發裝置的有益效果是：

1.當前所用的存儲測試儀安裝在金屬密閉體內，此類存儲測試儀適應複雜惡劣環境，但是金屬密閉體阻礙了光、電等信號的傳遞，考慮使用磁信號對金屬密閉體內的存儲測試儀進行觸發。金屬密閉體雖然對磁信號有衰減屏蔽作用，但是只是對磁信號的幅度衰減，使其變為微弱磁信號，並不是將磁信號完全屏蔽掉，即對磁信號是量的衰減而不是質的不存在，因此，本發明解決了金屬密閉體內外的信號傳遞問題，實現了對金屬密閉體內部存儲測試儀的可靠觸發；

2.使用三個磁鐵（一個u型磁鐵和兩個條形磁鐵），利用其通過磁鐵間極性的相互吸引與相互排斥作用，調節磁感線的密度進而調節磁場強度，使其可以可靠地調節巨磁電阻的靈敏變化；

3.利用在弱磁場中具有高導磁率的導磁體，增強導磁性能，保證磁信號可靠傳遞。例如，軟磁材料的坡莫合金，其在弱磁場中具有極高磁導率、低損耗和低的矯頑力；

4.利用巨磁電阻組成的差動全橋結構，將微弱的電阻變化（信號）轉換為電壓信號。差動全橋結構相比於單臂電橋其變化的靈敏度提高4倍，是一種精度很高的測量方式；

5.利用巨磁阻效應對密閉體內的存儲測試儀進行觸發。巨磁電阻能將非常弱小的磁場變化引起非常顯著的電阻變化，其變化的幅度比通常高十幾倍，且具有體積小、靈敏度高、線性度好、線性範圍寬、響應頻率高、相位精度及重複精度好、抗噪聲能力強、工作溫度範圍廣、可靠性高、成本低等優點。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為金屬密閉體內存儲測試儀觸發裝置的整體結構示意圖。

圖2為圖1在a-a方向的剖視圖。

圖3為圖1在b-b方向的剖視圖。

圖4為u型磁鐵以上s極下n極放置時的差動全橋電路圖。

圖5為u型磁鐵以上n極下s極放置時的差動全橋電路圖。

圖6為差動電橋輸出的uo信號經過放大、隔直、濾波、比較處理的電路圖（公知技術）。

圖中：1-金屬密閉體，2-磁鐵，2a-u型磁鐵，2b-第一條形磁鐵，2c-第二條形磁鐵，3-導磁體，3a-第一導磁體，3b-第二導磁體，3c-第三導磁體，4-巨磁電阻，4a-第一巨磁電阻，4b-第二巨磁電阻，4c-第三巨磁電阻，4d-第四巨磁電阻，5、5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h、5i、5j、5k、5l-支撐體，6-存儲測試儀，y1、y2、y3、y4、y5、y6、y7、y8、y9、y10、y11、y12-引線。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明的技術方案進行詳細的描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所得到的所有其它實施方式，都屬於本發明所保護的範圍。

下面結合附圖對本發明所述一種基於巨磁電阻磁敏感的金屬密閉體內測試儀觸發裝置進行詳細的說明。

一種基於巨磁電阻磁敏感的金屬密閉體內測試儀觸發裝置，所述觸發裝置包括設置於金屬密閉體1外壁左側的u型磁鐵2a，u型磁鐵2a的兩個磁極朝向金屬密閉體1，與u型磁鐵2a的兩個磁極相對的金屬密閉體1內壁左側面上安裝有第一導磁體3a和第二導磁體3b；

金屬密閉體1內部與第二導磁體3b中部水平相對的設置有第二巨磁電阻4b和第四巨磁電阻4d，第二巨磁電阻4b和第四巨磁電阻4d分別前後平行並排設置且兩者之間存在間距，第二巨磁電阻4b和第四巨磁電阻4d的水平中心線位於同一水平面上，第二導磁體3b的底面與第二巨磁電阻4b和第四巨磁電阻4d的底面在同一水平面上或低於兩者的底面高度，第二導磁體3b的前後寬度與第二巨磁電阻4b外側面和第四巨磁電阻4d外側面之間的距離相等或寬於兩者外側面之間的距離，第二導磁體3b的水平中心線與第二巨磁電阻4b和第四巨磁電阻4d之間的中心線在同一水平面內；

第二巨磁電阻4b和第四巨磁電阻4d右側的金屬密閉體1內部設置有第二條形磁鐵2c，第二條形磁鐵2c位於第二巨磁電阻4b和第四巨磁電阻4d之間的中心線上；

金屬密閉體1內部與第一導磁體3a中部水平相對的設置有第一巨磁電阻4a和第三巨磁電阻4c，第一巨磁電阻4a和第三巨磁電阻4c分別前後平行並排設置且兩者之間存在間距，第一巨磁電阻4a和第三巨磁電阻4c的水平中心線位於同一水平面上，第一巨磁電阻4a在金屬密閉體1內部所在的前後左右位置與第二巨磁電阻4b相同，第三巨磁電阻4c在金屬密閉體1內部所在的前後左右位置與第四巨磁電阻4d相同，第一導磁體3a的頂面與第一巨磁電阻4a和第三巨磁電阻4c的頂面在同一水平面上或高於兩者的底面高度，第一導磁體3a的前後寬度與第一巨磁電阻4a外側面和第三巨磁電阻4c外側面之間的距離相等或寬於兩者外側面之間的距離；

第一巨磁電阻4a和第三巨磁電阻4c右側的金屬密閉體1內部設置有第一條形磁鐵2b，第一條形磁鐵2b位於第一巨磁電阻4a和第三巨磁電阻4c之間的中心線上；

第二條形磁鐵2c與第一條形磁鐵2b的磁極所在的方向相同，位於底部的第二巨磁電阻4b、第四巨磁電阻4d和第二條形磁鐵2c通過位於中部的平板狀的第三導磁體3c、與位於上部的第一巨磁電阻4a、第三巨磁電阻4c和第一條形磁鐵2b間隔開，平板狀的第三導磁體3c與金屬密閉體1前後左右四壁相連，將整個金屬密閉體1平均分成上下兩個獨立的空間；

第一巨磁電阻4a、第二巨磁電阻4b、第三巨磁電阻4c和第四巨磁電阻4d構成差動全橋；

第一巨磁電阻4a的一端和第四巨磁電阻4d的一端通過引線相連接形成a連接點，第二巨磁電阻4b的一端和第三巨磁電阻4c的一端通過引線相連接形成c連接點，第一巨磁電阻4a的另一端和第二巨磁電阻4b的另一端通過引線相連接形成b連接點，第三巨磁電阻4c的另一端和第四巨磁電阻4d的另一端通過引線形成d連接點，a連接點和c連接點分別連接至金屬密閉體1內部直流電源u的正負極，b連接點和d連接點通過引線形成輸出端uo，輸出端uo接入差分放大電路模塊、電容隔直模塊、放大濾波電路模塊、比較電路模塊，將比較電路模塊輸出端與存儲測試儀6相連接。

具體使用時，是將u型磁鐵2a的兩個磁極分別與第一導磁體3a和第二導磁體3b相對的金屬密閉體1外壁靠近，對金屬密閉體1內部施加了一個磁信號，使得位於第三導磁體3c下部和上部的其中一組巨磁電阻的阻值增大，另外一組巨磁電阻的阻值減小，巨磁電阻阻值變化形成的電阻信號通過差動電橋轉換成電壓輸出信號，電壓輸出信號經過差分放大、隔直、放大濾波、比較得到由低電平跳變到高電平的電壓信號，即能夠引起存儲測試儀6啟動觸發的電壓信號，實現對存儲測試儀6的觸發。

具體的，所述第一導磁體3a、第二導磁體3b、第一巨磁電阻4a、第二巨磁電阻4b、第三巨磁電阻4c、第四巨磁電阻4d、第一條形磁鐵2b、第二條形磁鐵2c、第三導磁體3c、差分放大電路模塊、電容隔直模塊、放大濾波電路模塊、比較電路模塊以及存儲測試儀6是通過非導磁材料固定於金屬密閉體1內部的。如圖1和2所示的各非導磁材料的支撐體5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h、5i、5j、5k、5l將各巨磁電阻、導磁體以及磁鐵支撐於金屬密閉體1內部。當然為了起到減震的作用，金屬密閉體1內部的空餘空間填充有非導磁材料。

本發明上述各個部件的安裝方式絕不僅僅只有上述結構，只要是能夠將各部件固定安裝於金屬密閉體1內部的安裝方式都可使用，而且所使用的安裝結構（相當於支撐體）需為非導磁材料。具體的，例如第一導磁體3a和第二導磁體3b可通過非導磁材料的黏膠類物質固定安裝於金屬密閉體1內壁上，各巨磁電阻、導磁體以及磁鐵支撐於金屬密閉體1內部後，為了起到減震作用，也可以通過非導磁材料的黏膠類物質固定安裝於安裝結構上。

優選的，u型磁鐵2a為永久磁鐵或電磁鐵，第一條形磁鐵2b和第二條形磁鐵2c為永久磁鐵。

具體實施時，可通過如圖5或圖6所示的，在差動全橋中，第一巨磁電阻4a分別和引線y1、引線y2相連接，第二巨磁電阻4b分別和引線y3、引線y4相連接，第三巨磁電阻4c分別和引線y5、引線y6相連接，第四巨磁電阻4d分別和引線y7、引線y8相連接，引線y1和引線y8相交於a連接點，引線y2和引線y3相交於b連接點，引線y4和引線y5相交於c連接點，引線y6和引線y7相交於d連接點，從a連接點引出引線y9、c連接點引出引線y10分別接於金屬密閉體1內部直流電源u（鋰電池）的正負極，從b連接點引出引線y12、d連接點引出引線y11作為輸出端uo，兩引線分別接入差分放大電路模塊、電容隔直模塊、放大濾波電路模塊、比較電路模塊，比較電路模塊輸出的由低電平到高電平的跳變用於對存儲測試儀6的觸發。

本發明的引線y1、y2、y3、y4、y5、y6、y7、y8、y9、y10、y11和y12是金屬導體引線；輸出信號uo差分放大電路模塊、電容隔直模塊、放大濾波電路模塊、比較電路模塊通過金屬引線連接，比較電路輸出低電平至高電平信號經過金屬引線連接至存儲測試儀。

當需要對金屬密閉體1內部的存儲測試儀6觸發時候，將u型磁鐵2a的兩個磁極靠近金屬密閉體1外部（第一導磁體3a和第二導磁體3b正對的位置），即對金屬密閉體1施加了一個磁信號；當u型磁鐵2a以上s極、下n極方向放置時，磁信號雖然受到金屬屏蔽體的屏蔽作用而衰減，但是金屬密閉體側壁有微弱的磁信號，其中微弱的磁信號通過第一導磁體3a和第二導磁體3b實現磁力線匯聚；根據巨磁電阻的特性（有微弱的磁場變化可以導致電阻大小的急劇變化，其變化的幅度比通常高十幾倍，增加磁場強度巨磁電阻急劇減小，減弱磁場強度巨磁電阻急劇增大），放置在u型磁鐵2a與第一條形磁鐵2b、第二條形磁鐵2c之間的各巨磁電阻的阻值急劇變化；當第三導磁體3c上部的第一條形磁鐵2b為左s極右n極的方向放置時，即第一條形磁鐵2b的s極與u型磁鐵2a的s極相對，此時u型磁鐵2a與第一條形磁鐵2b產生相互排斥的作用，其之間的磁感線是向上與向下發散排布的，即u型磁鐵2a與第一條形磁鐵2b之間的磁感線密度較稀疏，磁場強度減弱，使得第三導磁體3c上部的、位於u型磁鐵2a與第一條形磁鐵2b之間的第一巨磁電阻4a和第三巨磁電阻4c的阻值急劇增大；同時，當第三導磁體3c下部的第二條形磁鐵2c為左s極右n極的方向放置時，即第二條形磁鐵2c的s極與u型磁鐵2a的n極相對，此時u型磁鐵2a與第二條形磁鐵2c產生相互吸引的作用，其之間的磁感線是匯聚的，即u型磁鐵2a與第二條形磁鐵2c之間的磁感線密度較密集，磁場強度增強，使得第三導磁體3c下部的、位於u型磁鐵2a與第二條形磁鐵2c之間的第二巨磁電阻4b和第四巨磁電阻4d的阻值急劇減小。這樣由四個巨磁電阻急劇變化的電阻信號轉換成靈敏度高的電壓輸出信號，構成了差動全橋（如圖4所示）。

同理，當u型磁鐵2a以上n極下s極方向放置時，且金屬密閉體內部的第一條形磁鐵2b與第二條形磁鐵2c放置的位置及極性不變時，根據磁信號引起的巨磁電阻阻值變化，產生與u型磁鐵2a上s極下n極時相對的一種差動全橋形式。磁信號產生裝置發出一定磁場強度的磁信號，由於金屬屏蔽體的屏蔽作用（但僅僅是對磁信號的幅度衰減而非完全屏蔽掉），通過金屬密閉體1側壁的磁信號十分微弱，第一導磁體3a和第二導磁體3b具有磁力線匯聚作用，微弱的磁信號通過第一導磁體3a和第二導磁體3b實現磁力線匯聚；根據巨磁電阻的特性，放置在u型磁鐵2a與第一條形磁鐵2b、第二條形磁鐵2c之間的各巨磁電阻的阻值急劇變化。當第三導磁體3c上部的第一條形磁鐵2b為左s極右n極的方向放置時，即第一條形磁鐵2b的s極與u型磁鐵2a的n極相對，此時u型磁鐵2a與第一條形磁鐵2b產生相互吸引的作用，其之間的磁感線是匯聚的，即u型磁鐵2a與第一條形磁鐵2b之間的磁感線密度較密集，磁場強度增強，使得第三導磁體3c上部的、位於u型磁鐵2a與第一條形磁鐵2b之間的第一巨磁電阻4a和第三巨磁電阻4c的阻值急劇減小；同時，當第三導磁體3c下部的第二條形磁鐵2c為左s極右n極的方向放置時，即第二條形磁鐵2c的s極與u型磁鐵2a的s極相對，此時u型磁鐵2a與第二條形磁鐵2c產生相互排斥的作用，其之間的磁感線是向上與向下發散排布的，即u型磁鐵2a與第二條形磁鐵2c之間的磁感線密度較稀疏，磁場強度減弱，使得第三導磁體3c下部的、位於u型磁鐵2a與第二條形磁鐵2c之間的第二巨磁電阻4b和第四巨磁電阻4d的阻值急劇增大。這樣由四個巨磁電阻急劇變化的電阻信號轉換成靈敏度高的電壓輸出信號，構成了差動全橋（如圖5所示）。

差動全橋可以根據巨磁電阻的變化量，相對於單臂電橋其變化的靈敏度提高4倍。其中，要求所給的磁信號強度在一定閾值範圍內，使變化的磁場強度可以控制在巨磁電阻有效的變化範圍內。從差動全橋的輸出端引出兩引線分別接入差分放大電路模塊、電容隔直模塊、放大濾波電路模塊、比較電路模塊，差動全橋輸出的靈敏度高、變化幅度大的電壓信號經過差分放大電路模塊、電容隔直模塊、放大濾波電路模塊、比較電路模塊的處理得到易引起電平觸發器跳變的電壓信號，即能夠引起存儲測試儀6啟動觸發的電壓值（此電壓值要大於預設的觸發電壓閾值）。將比較電路的輸出引線與存儲測試儀6相連接，把差動全橋輸出的靈敏度高、變化幅度大的信號通過差分放大電路模塊，電容隔直模塊，放大、濾波電路模塊，比較電路模塊輸出由低電平跳變到高電平實現對存儲測試儀6的觸發（啟動）並進行下一步的工作。當存儲測試儀6對動態參數測試完畢，從對應的裝置中將其取出，並進行其內部數據的分析與處理。

通過以上觸發裝置的設計，實現對存儲測試儀6的可靠觸發。差動全橋輸出的電壓信號經過差分放大電路模塊，電容隔直模塊，放大、濾波電路模塊處理塊是本領域技術人員所熟知的。

差分放大電路模塊由儀表放大器實現，電容隔直模塊是一個瓷片電容用於直流信號隔斷，通過由於磁鐵引起磁阻變化進而差動電橋輸出的動態信號，即由低電平跳變到高電平變化的信號只會在u型磁鐵靠近金屬密閉體這個事件發生時候產生，以防止誤觸發；放大、濾波電路模塊由壓控電壓源二階低通濾波電路實現，比較電路由比較器實現，這些技術為本領域技術人員所熟知的。

另外，具體應用時，各巨磁電阻與第一導磁體3a和第二導磁體3b之間的距離要儘量貼近，但是不能接觸；第一條形磁鐵2b和第二條形磁鐵2c與各巨磁電阻之間的距離也要儘量貼近，但是不能接觸。所述平板狀的第三導磁體3c與金屬密閉體1前後左右四壁相連，將整個金屬密閉體1平均分成上下兩個獨立的空間，將上下兩個磁場區域間隔開，減小上下兩個磁場區域之間的影響。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以所述權利要求的保護範圍為準。