用于谐振式微传感器测试系统的隔离变压器研究

admin · 发表于 2022-9-29 11:33:04

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谐振式硅微传感器是当今国际国内传感器研究的一个热点，但其输出信号非常微弱，在检测方面有着很高的要求。隔离变压器作为谐振式微传感器测试系统上的关键元器件，起着电气隔离，滤除地电位差、低频噪声和共模干扰，改变偏置电压等作用，直接关系到谐振式微传感器测试系统性能的高低。课题以设计一组能适用于谐振式微传感器测试系统的隔离变压器为目标进行研究工作，主要包括以下几部分内容：1. 从软磁合金的基本结构和特性出发进行了材料磁性能方面的分析，确定采用F形磁滞回线的非晶、超微晶软磁合金作为课题的磁芯材料；通过材料特性和有限元仿真计算，设计了变压器磁芯结构和尺寸；通过对电子变压器空载和负载状态以及不同频率下等效电路的分析，得出了隔离变压器的参数及寄生参数的影响。2. 针对磁芯及变压器的多种参数和扫频信号输入特性，设计了用于测试磁芯材料及变压器的测试装置。经测试，该测试装置其频率和幅度误差不超过0.03%和0.7%，可用于测试软磁合金的磁滞回线、磁导率、剩磁、矫顽力、磁滞角度和磁滞损耗等以及多种参数的频率特性和变压器的幅频特性、相频特性、信噪改善比等参数。3. 对隔离变压器进行了贴片式封装设计并对所设计的变压器进行了多项参数和损耗特性的测试，分析了500F铁基超微晶软磁合金作为课题首选材料的适宜性和实用性。经测试，课题设计的隔离变压器总谐波失真低于0.1%，磁场强度导致的阻抗变化低于7%，插入损耗小于0.2dB，绕组间的分布电容仅为8.9pF，损耗小于0.1mW，且信号抖动极低，效果良好，性能稳定，达到设计要求。在课题所针对的谐振式微传感器测试系统上，将课题设计的隔离变压器安装并进行了实验，符合该系统的要求。在隔离变压器基础之上，通过改变绕组数，设计了可用于改善传感器前置放大器信噪比的匹配变压器，经测试，该匹配变压器对信号干扰较低，信噪改善比有明显的高。

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