弱磁场检测设计　

摘要：本文在完成基本电路实验基础上提供了弱磁场检测电路，针对提高信号测量精度，给出了一种解决方案。在弱磁信号放大电路、零点调整电路、信号幅度显示及A/D变换电路中，对信号的灵活处理，有多种电路可以选择，运用三位半电压表模块，直接显示磁场强度，同时通过A/D变换得到更高精度的信号数据，通过对弱磁信号的A/D变换精度的分析，提出提高测量精度的方法。对其他弱信号的处理，同样可以采用相似的分析方法。

1 概述

弱磁场检测由线性霍尔传感器CS3503担任磁场传感器，CS3503是一款高灵敏度的线性霍尔传感器，CS3503霍尔电路内部由电压调整器、霍尔电压发生器、线性放大器和射极跟随器组成，磁场穿过CS3503霍尔测量面，其输入是磁感应强度，输出是依磁感应强度呈线性变化的电压。

霍尔传感器CS3503的输出在磁场±150mT之间是线性变化的，CS3503使用是有方向的，一般它的标志面，也就是有斜坡的一面对着磁极S，S磁极出现在霍尔传感器CS3503标记面时，将输出高电平。由特性曲线看出，CS3503输出有直流成分。

测量弱磁场电路，可以检测电路附近顺磁、逆磁物质的存在，可以检测地磁的变化，可以测量地磁爆的发生，间接知道太阳的活动。

弱磁场信号我们就用地磁场，地磁场哪里都有，容易获得，利用所在地的地磁场强度，可以调整我们的弱磁检测电路。用地磁场调试本电路很方便，由地磁场的强度我们可以得到本地地磁感应强度，就可以相对调出比较准确的地磁感应强度信号显示的数值。用本地地磁数据，标定电路磁场感应强度的显示，定量显示磁场变化，如有标准磁场，可以给电路精确定标。

地磁场的变化是每时每刻都在进行的，它的变化与我们的生活有着千丝万缕的联系，太阳活动对地球磁场是有影响的，可以通过测量地磁的变化反映出来。一些资料显示地磁变化还与地震有着某种联系，当然首先要排除太阳引起磁暴对地磁的影响和人为或天然本地磁场造成的测量地附近地磁场变化，最好是相隔一定距离的多个测量点进行比较，参考太阳活动，得出正确的地磁变化。

2 信号处理电路

测量电路采用AD620作放大器。AD620是高精度、低噪声放大器，用于仪表放大， AD620使用方便，增益只用一个电阻就可以灵活设置，AD620体积小，成本低，是磁场传感器的理想放大电路。电路组成框图如图3所示。

在电路输入端，利用CS3503具有方向性的特点，采用两片CS3503并列方向反向安装，标志面对着磁场S极接在AD620的同相端，标志面方向对着N极接反相输入端，这样CS3503两路的电压在AD620里代数和，直流电平同相相减，而磁场信号输入相位相反，在AD620输出相加，输出就只有磁场的正向电信号，而且是增强了磁场信号电平，如果接AD620输入端的CS3503与上述反向，AD620输出信号电压则为负。

如图4所示AD620的5脚是输出电平的调整端。AD620的放大倍数通过1、8脚外接电阻调节。

AD620的放大倍数通过下式计算：G放大倍数，R放大倍数调节电阻。

已知放大倍数计算放大电阻值：

3 放大电路调整方法

用高精度数值电压表接在AD620的6脚，AD620的3脚外接的CS3503标志面对准北方，缓慢调整方向，直到数值最大。再旋转90°整，旋转方向左或右，调整电位器RP2到AD620输出为零。放大部分电路就调好了。(注意：调整时附近不能有磁性物质，人体不能携带金属物，需用无感螺丝刀。)

4 CS3503输出电平大小的计算

弱磁信号地磁场在北京附近的强度约为46900纳特，CS3503的灵敏度最小值是7.5mV/mT，对于北京的地磁场0.0469mT，对应CS3503输出最小电压值7.5*0.0469=0.35175mV;CS3503的灵敏度最大值是25mV/mT，对应输出最大电压值25*0.0469=1.1725mV。

5 信号A/D变换

用AD620放大弱地磁信号，将CS3503输出信号放大约1000倍，使用单片机89C2051进行A/D变换，由程序进行数字处理，得出较高精度的数据。

A/D变化有多种方式，本电路选积分式A/D变换电路。用简单电路配合单片机就可以顺利进行A/D变化，而且A/D变换过程不需要单片机更多的干预，单片机89C2051的内置比较器和计数器，可以实现信号的A/D变换。89C2051的A/D变换是运用控制信号在单片机内部的定时器上获得计数数据，这个数据就是A/D变换的结果。积分式A/D变换电路的精度可以通过恒流源的调整得以调节。

单片机89C2051内部是16位计数器，如图4所示，Q1是控制恒流源开关电路，LM317L、R5组成恒流源电路，其电流大小为1.25V/R5=1.25mA，电容C5上的充电电压在恒流源充电时的变化过程呈现有一定斜率的斜线，电压变化的斜率和计数精度有关。

改变R5可以获得不同的对电容C5充电电流，得到不同精度和分辨