一种用于GMI磁传感器的陷波滤波方法及电路技术

本发明专利技术公开了一种用于GMI磁传感器的陷波滤波方法及电路，陷波滤波方法步骤包括将输入信号进行幅相变换，且仅保持待滤除干扰信号幅值不变、相位不变；将幅相变换后的信号与原始输入信号两者进行差分合成后输出；陷波滤波电路包括幅相变换模块和差分合成模块，幅相变换模块仅保持待滤除干扰信号幅值不变、相位不变，所述差分合成模块将幅相变换后的信号与原始输入信号两者进行差分合成后输出。本发明专利技术利用信号的幅相变换和差分合成的方式可以有效的将生物弱电、磁检测领域中工频电磁干扰信号的滤除，可广泛应用于工程实际中陷波衰减倍数要求高、所用电阻电容器匹配度不高的应用场合，具有衰减倍数高，且允许电容电阻器轻度不匹配的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及GMI磁传感器的信号检测技术，具体涉及一种用于GMI磁传感器的陷波滤波方法及电路。
技术介绍
GMI效应，即当软磁性材料(多为Co基非晶和Fe基纳米晶)的丝或条带通以交流电流Iac时，材料两端的交流电压Uw随着丝纵向所加的外磁场Hex的变化而灵敏变化的现象，其实质是非晶丝自身的阻抗随外加磁场的灵敏变化。基于GMI效应设计的GMI磁传感器包含软磁性材料(多为Co基非晶和Fe基纳米晶)的丝或条带构成的感应线圈，通过感应线圈，可以将软磁性材料的阻抗变化值转化为材料两端的交流电压Uw，从而实现对外磁场Hex的测量。基于GMI效应设计的传感器具有很好的弱磁探测性能，其探测灵敏度可达1pT，可以用于非屏蔽环境下极其微弱生物磁场的探测，比如心磁场、肺磁场、脑磁场等。但是，我们目前生活的环境中电磁污染十分严重，常见的都市电磁噪声都达到nT级别，而这部分噪声主要是功率器件产生的工频以及其各次谐波的扰动磁场，因此当GMI磁传感器用于非屏蔽环境下pT磁场探测时，必须对都市噪声进行有效的滤除，即主要对工频干扰进行滤除。针对对工频干扰进行滤除，传统的方法是采用双T型拓扑结构陷波滤波器对特定频率的信号进行滤除，但是双T型拓扑结构陷波滤波器对电阻器的匹配度有着极其严格的要求，电阻电容器的稍微一点不匹配将会使陷波深度快速下降，即使使用精密的电容电阻器，也很难达到理想的滤波效果，因此通常被用于衰减倍数要求不高的场合。但是GMI磁传感器用于非屏蔽环境下进行pT磁场检测时，对特定频率信号的衰减要求十分严格，要求衰减倍数需达到1000倍(-60dB)，考虑到工程应用环境需要允许电阻电容器轻度不匹配，精密电容电阻器即可满足要求，这样传统的双T拓扑结构陷波滤波器很难达到要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题：针对周围环境电磁污染十分严重的情况下，当使用GMI磁传感器在非屏蔽环境下皮特斯拉生物磁场探测中工频及其各次谐波信号干扰尤为严重的技术问题，提供一种利用两路差分信号进行合成的方式将工频电磁干扰信号抵消掉，可广泛应用于工程实际中陷波电路衰减倍数要求高、所用电阻电容器匹配度不高的应用场合，衰减倍数高，且允许电容电阻器轻度不匹配的用于GMI磁传感器的陷波滤波方法及电路。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种用于GMI磁传感器的陷波滤波方法，步骤包括：1)将输入信号进行幅相变换，且仅保持待滤除干扰信号幅值不变、相位不变；2)将幅相变换后的信号与原始输入信号两者进行差分合成后输出。优选地，所述步骤1)具体是指通过二阶级联巴特沃斯带通滤波器将输入信号进行幅相变换，所述二阶级联巴特沃斯带通滤波器的中心频率为待滤除干扰信号的频率、增益为1。优选地，所述二阶级联巴特沃斯带通滤波器包括级联布置的两级电路，两级电路中第一级电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2和运算放大器U1，运算放大器U1的负极输入端接参考电压、正极输入端依次通过电容C1、电阻R1和待滤波信号相连，电阻R2一端连接于电容C1和电阻R1之间、另一端接参考电压，电阻R3串接布置于运算放大器U1的正极输入端和输出端之间，电容C2一端连接于电容C1和电阻R1之间、另一端和运算放大器U1的输出端相连；两级电路中第二级电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C3、电容C4和运算放大器U2，运算放大器U2的负极输入端接参考电压、正极输入端依次通过电容C3、电阻R4和运算放大器U1的输出端相连，电阻R5一端连接于电容C3和电阻R4之间、另一端接参考电压，电阻R6串接布置于运算放大器U2的正极输入端和输出端之间，电容C4一端连接于电容C3和电阻R4之间、另一端和运算放大器U2的输出端相连。优选地，所述步骤2)具体是指通过比例运算电路将幅相变换后的信号与原始输入信号两者进行差分合成后输出。优选地，所述比例运算电路包括电阻R7、电阻R8、电阻R9和运算放大器U3，运算放大器U3的负极输入端通过电阻R7和幅相变换后的信号相连、正极输入端和原始输入信号相连，电阻R9串接布置于运算放大器U3的正极输入端和输出端之间。一种用于GMI磁传感器的陷波滤波电路，包括幅相变换模块和差分合成模块，输入信号分成为两路，一路输入信号通过幅相变换模块进行幅相变换后输出至差分合成模块的一个输入端、另一路输入信号直接输出至差分合成模块的另一个输入端，所述幅相变换模块仅保持待滤除干扰信号幅值不变、相位不变，所述差分合成模块将幅相变换后的信号与原始输入信号两者进行差分合成后输出。优选地，所述幅相变换模块为二阶级联巴特沃斯带通滤波器，所述二阶级联巴特沃斯带通滤波器的中心频率为待滤除干扰信号的频率、增益为1。优选地，所述二阶级联巴特沃斯带通滤波器包括级联布置的两级电路，两级电路中第一级电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2和运算放大器U1，运算放大器U1的负极输入端接参考电压、正极输入端依次通过电容C1、电阻R1和待滤波信号相连，电
阻R2一端连接于电容C1和电阻R1之间、另一端接地，电阻R3串接布置于运算放大器U1的正极输入端和输出端之间，电容C2一端连接于电容C1和电阻R1之间、另一端和运算放大器U1的输出端相连；两级电路中第二级电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C3、电容C4和运算放大器U2，运算放大器U2的负极输入端接参考电压、正极输入端依次通过电容C3、电阻R4和运算放大器U1的输出端相连，电阻R5一端连接于电容C3和电阻R4之间、另一端接参考电压，电阻R6串接布置于运算放大器U2的正极输入端和输出端之间，电容C4一端连接于电容C3和电阻R4之间、另一端和运算放大器U2的输出端相连。优选地，所述差分合成模块为比例运算电路。优选地，所述比例运算电路包括电阻R7、电阻R8、电阻R9和运算放大器U3，运算放大器U3的负极输入端通过电阻R7和幅相变换后的信号相连、正极输入端和原始输入信号相连，电阻R9串接布置于运算放大器U3的正极输入端和输出端之间。本专利技术用于GMI磁传感器的陷波滤波方法具有下述优点：本专利技术首先将输入信号进行幅相变换，且仅保持待滤除干扰信号幅值不变、相位不变，将幅相变换后的信号与原始输入信号两者进行差分合成后输出，从而使得幅相变换后的信号与原始输入信号中幅值不变、相位不变的待滤除干扰信号在差分合成的过程中被消除，能够将工频电磁干扰信号抵消掉，可广泛应用于工程实际中陷波电路衰减倍数要求高、所用电阻电容器匹配度不高的应用场合，具有衰减倍数高，且允许电容电阻器轻度不匹配的优点。本专利技术用于GMI磁传感器的陷波滤波电路为本专利技术用于GMI磁传感器的陷波滤波方法对应的电路结构，因此同样也具有上述优点，在此不再赘述。附图说明图1为本专利技术实施例陷波滤波电路的电路结构示意图。图2为本专利技术实施例中幅相变换模块幅值特性模拟结果。图3为本专利技术实施例中幅相变换模块相位特性模拟结果。具体实施方式本实施例用于GMI磁传感器的陷波滤波方法的步骤包括：1)将输入信号进行幅相变换，且仅保持待滤除干扰信号幅值不变、相位不变；2)将幅相变换后的信号与原始输入信号两者进行差分合成后输出。本实施例中，步骤1)具体是指通过二阶级联巴特沃斯带通滤波器将输入信号进行幅相变换，二阶级联巴特沃斯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于GMI磁传感器的陷波滤波方法，其特征在于步骤包括：1)将输入信号进行幅相变换，且仅保持待滤除干扰信号幅值不变、相位不变；2)将幅相变换后的信号与原始输入信号两者进行差分合成后输出。

【技术特征摘要】
1.一种用于GMI磁传感器的陷波滤波方法，其特征在于步骤包括：1)将输入信号进行幅相变换，且仅保持待滤除干扰信号幅值不变、相位不变；2)将幅相变换后的信号与原始输入信号两者进行差分合成后输出。2.根据权利要求1所述的用于GMI磁传感器的陷波滤波方法，其特征在于，所述步骤1)具体是指通过二阶级联巴特沃斯带通滤波器将输入信号进行幅相变换，所述二阶级联巴特沃斯带通滤波器的中心频率为待滤除干扰信号的频率、增益为1。3.根据权利要求2所述的用于GMI磁传感器的陷波滤波方法，其特征在于：所述二阶级联巴特沃斯带通滤波器包括级联布置的两级电路，两级电路中第一级电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2和运算放大器U1，运算放大器U1的负极输入端接参考电压、正极输入端依次通过电容C1、电阻R1和待滤波信号相连，电阻R2一端连接于电容C1和电阻R1之间、另一端接参考电压，电阻R3串接布置于运算放大器U1的正极输入端和输出端之间，电容C2一端连接于电容C1和电阻R1之间、另一端和运算放大器U1的输出端相连；两级电路中第二级电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C3、电容C4和运算放大器U2，运算放大器U2的负极输入端接参考电压、正极输入端依次通过电容C3、电阻R4和运算放大器U1的输出端相连，电阻R5一端连接于电容C3和电阻R4之间、另一端接参考电压，电阻R6串接布置于运算放大器U2的正极输入端和输出端之间，电容C4一端连接于电容C3和电阻R4之间、另一端和运算放大器U2的输出端相连。4.根据权利要求1所述的用于GMI磁传感器的陷波滤波方法，其特征在于，所述步骤2)具体是指通过比例运算电路将幅相变换后的信号与原始输入信号两者进行差分合成后输出。5.根据权利要求4所述的用于GMI磁传感器的陷波滤波方法，其特征在于：所述比例运算电路包括电阻R7、电阻R8、电阻R9和运算放大器U3，运算放大器U3的负极输入端通过电阻R7和幅相变换后的信号相连、正极输入端和原始输入信号相连，电阻R9串接布置于运算放大器U3的正极输入端和输出端之间。6.一种用于GMI磁传感器的陷波滤波电...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐明，周宗潭，胡德文，王志华，郭善磁，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43