AT89C51单片机的智能磁场峰值测量仪设计(6)
探头内三文传感器组拟采用方案如下，采用差动对称传感器布置。其分布如下：
图3.2 传感器布置方法
通过筛选，选用6个灵敏度相近的传感器，每两传感器为一组，分别贴于正吹冰面体相对的面上，每个文度的传感器互成90°排列，在探头的X、Y、Z轴线上对称分布，于O点等距，如图3.2所示。相互成对的传感器背对放置，且上下反向，这样布置可保证两个传感器输出正好反向，差动输出，即传感器测量输出为两传感器之和。差动对称传感器位置法中传感器距离坐标中心O越近越好。
这样做的优点为：
(1)、差动输出，抵消传感器零点的2.5V基准电压，相当对零点为0V，精简电路。
(2)、输出的信号零漂小，同时有效的减少了因测试环境温度变化所带来的温度误差。
由于传感器布置位置均距离坐标中心O越近，所设计的探头测量越准确，越接近于点测量，最终选用尺寸为6mm×6mm×6mm的正立方体作为探头基体。
需要注意的是，在制作探头过程中，可能由于传感器粘贴不对称或正面吹冰面体表面的不规则等会导致探头测量精度下降，需要通过对传感器探头进行位置标定，以保证测量结果的可靠性。
3.2 调理电路设计
3.2.1 调理电路总体设计
为保证测试的的精度，来自传感器的三文模拟信号，必须配有独立的信号调理电路。且必须满足一致性的要求。即有三路信号调理电路。调理电路的结构如图3.3所示，分为输入级、滤波电路、电压跟随器和峰值采集保持电路。
图3.3 调理电路结构图
3.2.2 输入级
由于各文传感器组合后均为差动输出，然而在一般的信号放大应用中，通常只要经过差动放大电路既可满足需求，然而基本的差动放大电路精密度较差，且差动放大电路改变增益时，必须调整两个电阻，难以保证信号调理环节的精度。故选用共模抑制比高的仪用放大器AD620作为前置输入级。由前面传感器设计可知，传感器的输出范围为-50mv到+50mv之间，而AD转换器的输入量程是-5V到+5V。因此放大电路的放大为100倍。我们设定输入级的放大倍数为10。而AD620是一种低功耗，高精度的仪表用放大器，有较高的共模抑制比，温度稳定性好，放大频带宽可达650MHZ，噪声系数小。并且它具有极宽的供电范围(±2.3 V到±18V )，最大非线性度只有40ppm，最大偏置电压只有50uv，完全满足要求【13】。
图3.4 AD620仪用放大器内部电路示意图
根据图3.4为AD620仪用放大器内部电路结构图可知，我们可以知道AD620的运放电压增益
G= +1 3-10
其中49.4K为内部增益电阻R1和R2的和，只要改变外部增益电阻 即可实现增益的改变。我们设定的放大倍数为10倍，由上式知外接电阻 =5.489K 。为保证放大倍数的稳定选取5K 的精密电阻和1K 的高精度电位器组成 。图3.5为输入级的电路图。
图3.5 输入级的电路图
3.2.3 滤波电路设计
由于传感器的工作环境比较恶劣，因此干扰比较大，在传感器的输出信号中经常含有较大的干扰信号，为准确获得真实的有用信号，一般在放大电路的输出端采取低通滤波的方法去除信号中的高频干扰。在实际的电路设计中使用如图3.6所示的压控电压源型的低通滤波电路来滤除电路中的高频噪声。并且电路除有滤波功能外，还有放大作用【14】。其结构如图3.6所示: