自注入锁定式级联磁通门传感器及实现方式

摘要

本发明涉及一种自注入锁定式级联磁通门传感器及实现方式，是由电压电流转换电路经由磁通门探头、仪表放大器、积分电路、滤波电路、放大电路和信号检测电路与信号采集及互相关算法处理连接构成。在级联磁通门传感器的基础上，增设自注入锁定环节，实现磁通门传感器的低噪声磁场测量。与现有同类相比，不需要外界激励信号便可正常工作，通过注入与振荡信号同频的锁定信号实现振荡频率的锁定，降低了传感器的整体噪声，通过实时提取振荡信号的频率特征实时调整注入信号的频率，始终保持注入锁定的最佳噪声抑制效果，测试结果显示自注入式级联磁通门传感器的本底噪声功率谱密度与无自注入锁定级联磁通门传感器相比可降低15dB。

权利要求

1.一种自注入锁定式级联磁通门传感器，其特征在于，是由电压电流转换电路a(16) 经由磁通门探头分支a(11)的激励线圈a(113)、磁通门探头分支a(11)的感应线圈a(115)、仪表放大器a(12)、积分电路a(13)、滤波电路a(14)、放大电路a(15)和信号检测电路a(18)与信号采集及互相关算法处理(19)连接，磁通门探头分支a(11)的锁定线圈a(114)经由振荡频率自动识别及注入信号发生单元a(17)与滤波电路a(14)连接；

电压电流转换电路b(26)经由磁通门探头分支b(21)的激励线圈b(213)、磁通门探头分支b(21)的感应线圈b(215)、仪表放大器b(22)、积分电路b(23)、滤波电路b(24)、放大电路b(25)和信号检测电路b(28)与信号采集及互相关算法处理(19)连接，磁通门探头分支b(21)的锁定线圈b(214) 经由振荡频率自动识别及注入信号发生单元b(27)与滤波电路b(24)连接；

电压电流转换电路c(36)经由磁通门探头分支c(31)的激励线圈c(313)、磁通门探头分支c(31)的感应线圈c(315)、仪表放大器c(32)、积分电路c(33)、滤波电路c(34)、放大电路c(35)和信号检测电路c(38)与信号采集及互相关算法处理(19)连接，磁通门探头分支c(31)的锁定线圈c(314) 经由振荡频率自动识别及注入信号发生单元c(37)与滤波电路c(34)连接；

放大电路a(15) 与电压电流转换电路b(26)连接，放大电路b(25)与电压电流转换电路c(36) 连接，放大电路c(35)与电压电流转换电路a(16)连接。

2.按照权利要求1所述的自注入锁定式级联磁通门传感器，其特征在于，磁通门探头分支a(11) 置于三棱柱型支撑(40)的第一棱面(410) 面上开启的凹槽中，磁通门探头分支b(21) 置于三棱柱型支撑(40)的第二棱面(420) 面上开启的凹槽中，磁通门探头分支c(31) 置于三棱柱型支撑(40)的第三棱面(430) 面上开启的凹槽中，磁通门探头分支a(11)、磁通门探头分支b(21)和磁通门探头分支c(31) 均由参数相同的激励线圈、感应线圈、锁定线圈、线圈支撑骨架和磁芯构成磁通门探头。

3.按照权利要求1所述的自注入锁定式级联磁通门传感器，其特征在于，感应线圈a(115)经由仪表放大器a(12)与积分电路a(13)连接实现感应电动势到磁通量的转换，积分电路a(13)与滤波电路a(14)相连，滤波电路a(14)的输出端经由振荡频率自动识别及注入信号发生单元a(17)与锁定线圈a(114)相连，实现磁通门探头分支a(11)的自注入锁定；感应线圈b(215)经由仪表放大器b(22)与积分电路b(23)连接实现感应电动势到磁通量的转换，积分电路b(23)与滤波电路b(24)相连，滤波电路b(24)的输出端经由振荡频率自动识别及注入信号发生单元b(27)与锁定线圈b(214)相连，实现磁通门探头分支b(21)的自注入锁定；感应线圈c(315)经由仪表放大器c(32)与积分电路c(33)连接实现感应电动势到磁通量的转换，积分电路c(33)与滤波电路c(34)相连，滤波电路c(34)的输出端经由振荡频率自动识别及注入信号发生单元c(37)与锁定线圈c(314)相连，实现磁通门探头分支c(31)的自注入锁定。

4.按照权利要求1所述的自注入锁定式级联磁通门传感器，其特征在于，自注入锁定有数字方式和模拟方式两种实现方式：

——数字方式实现，即振荡频率自动识别及注入信号发生单元a(17)由模数转换器a(170)、微处理器a(171)、数模转换器a(172)和功率放大器a(173)组成；振荡频率自动识别及注入信号发生单元b(27)由模数转换器b(270)、微处理器b(271)、数模转换器b(272)和功率放大器b(273)组成；振荡频率自动识别及注入信号发生单元c(37)由模数转换器c(370)、微处理器c(371)、数模转换器c(372)和功率放大器c(373)组成；

——模拟方式实现，即振荡频率自动识别及注入信号发生单元a(17)由隔离放大电路a(174)、带通滤波电路a(175)、功率放大器a(176)组成；振荡频率自动识别及注入信号发生单元b(27)由隔离放大电路b(274)、带通滤波电路b(275)、功率放大器b(276)组成；振荡频率自动识别及注入信号发生单元c(37)由隔离放大电路c(374)、带通滤波电路c(375)、功率放大器c(376)组成。

5.按照权利要求1所述的自注入锁定式级联磁通门传感器，其特征在于，传感器磁芯采用具有明显过阻尼双稳态非线性特性的软磁材料经退火处理的钴基非晶带材。

6.按照权利要求2所述的自注入锁定式级联磁通门传感器，其特征在于，三棱柱型支撑和线圈支撑骨架选自聚醚醚酮、尼龙、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚、聚苯丙咪唑、聚三氟氯乙烯或树脂低形变无磁材料中的一种，经CNC车床或3D打印工艺加工制成。

说明书

自注入锁定式级联磁通门传感器及实现方式

技术领域：

[0001] 本发明涉及一种磁通门传感器，尤其是一种通过自注入锁定方式实现的低噪声的级联磁通门传感器。背景技术：

[0002] 磁通门现象是一种普遍存在的电磁感应现象，磁通门传感器的基本原理服从于法拉第电磁感应定律，利用磁芯的磁滞饱和特性将磁信号转换成电信号进行测量。级联磁通门传感器基于磁芯的过阻尼双稳态非线性特征，依据非线性系统的耦合振荡原理，利用耦合振荡特征对于外界磁场变化的灵敏性对目标磁场进行检测。US7420366B1《Coupled nonlinear sensor system》和US7528606B1《Coupled nonlinear sensor system for sensing a time-dependent target signal and method of assembling the system》公开了一种级联磁通门传感器的设计，并应用时间差检测方案对外界磁场进行量化。

[0003] 对磁通门传感器的低噪声设计实现，一般从探头结构改进、电流激励精度提升和检测方案改进等方面进行，如US7212001公开的《Fluxgate sensor integrated having pick-up coil mounted on excitation coil in printed circuit board and method for manufacturing the same》、CN101604966公开的《磁通门传感器激励电路》和CN101545958公开的《双向磁饱和时间差磁通门传感器》。

[0004] US9140765B1《Injection locked nonlinear dynamic system》公开了一种采用外部信号发生装置产生注入信号对级联磁通门进行锁定的方法，但是在磁场测量过程中注入信号的频率无法进行实时的调整(依据级联磁通门的工作原理，当目标磁场大小变化时耦合振荡的频率也会发生改变；并且，注入锁定对于噪声的抑制效果与注入信号与待锁定信号的频率差异有关)，由此造成使注入锁定对于级联磁通门传感器的噪声抑制效果减弱甚至失效。发明内容：

[0005] 本发明的目的就在于针对现有注入锁定在级联磁通门传感器噪声抑制方面的缺陷，提供一种通过自注入锁定方式实现低噪声磁场测量的磁通门传感器及实现方式。

[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

[0007] 自注入锁定式级联磁通门传感器，是由电压电流转换电路a16)经由磁通门探头分支a11的激励线圈a113、磁通门探头分支a11的感应线圈a115、仪表放大器a12、积分电路a13、滤波电路a14、放大电路a15、电压电流转换电路b26连接，滤波电路a14经由振荡频率自动识别及注入信号发生单元a17与磁通门探头分支a11的锁定线圈a114连接；

[0008] 电压电流转换电路b26经由磁通门探头分支b21的激励线圈a113、磁通门探头分支b21的感应线圈a115、仪表放大器b22、积分电路b23、滤波电路b24、放大电路b25与电压电流转换电路c36连接，滤波电路b24经由振荡频率自动识别及注入信号发生单元b27与磁通门探头分支b21的锁定线圈a114连接；

[0009] 电压电流转换电路c36经由磁通门探头分支c31的激励线圈a113、磁通门探头分支c31的感应线圈a115、仪表放大器c32、积分电路c33、滤波电路c34、放大电路c35与电压电流转换电路a16连接，滤波电路c34经由振荡频率自动识别及注入信号发生单元c37与磁通门探头分支c31的锁定线圈a114连接；

[0010] 信号检测电路a18与放大电路a15连接，由信号检测电路b28与放大电路b25连接，由信号检测电路c38与放大电路c35连接，信号检测电路a18、信号检测电路b28、信号检测电路c38与信号采集及互相关算法处理19连接构成。

[0011] 磁通门探头分支a11置于三棱柱型支撑410面上开启的凹槽中，磁通门探头分支b21)置于三棱柱型支撑420面上开启的凹槽中，磁通门探头分支c31)置于三棱柱型支撑430面上开启的凹槽中，磁通门探头分支a11、磁通门探头分支b21和磁通门探头分支c31)均由参数相同的激励线圈、感应线圈、锁定线圈、线圈支撑骨架和磁芯构成磁通门探头。

[0012] 感应线圈a115经由仪表放大器a12与积分电路a13连接实现感应电动势到磁通量的转换，积分电路a13与滤波电路a14相连，滤波电路a14的输出端经由振荡频率自动识别及注入信号发生单元a17与锁定线圈a114相连，实现磁通门探头分支a11的自注入锁定；感应线圈b215经由仪表放大器b22与积分电路b23连接实现感应电动势到磁通量的转换，积分电路b23与滤波电路b24相连，滤波电路b24的输出端经由振荡频率自动识别及注入信号发生单元b27与锁定线圈b214相连，实现磁通门探头分支b21的自注入锁定；感应线圈c315经由仪表放大器c32与积分电路c33连接实现感应电动势到磁通量的转换，积分电路c33与滤波电路c34相连，滤波电路c34的输出端经由振荡频率自动识别及注入信号发生单元c37与锁定线圈c314相连，实现磁通门探头分支c31的自注入锁定。

[0013] 自注入锁定有数字方式和模拟方式两种实现方式：

[0014] ——数字方式实现，即振荡频率自动识别及注入信号发生单元a17由模数转换器a170、微处理器a171、数模转换器a172和功率放大器a173组成；振荡频率自动识别及注入信号发生单元b27由模数转换器b270、微处理器b271、数模转换器b272和功率放大器b273组成；振荡频率自动识别及注入信号发生单元c37由模数转换器c370、微处理器c371、数模转换器c372和功率放大器c373组成。

[0015] ——模拟方式实现，即振荡频率自动识别及注入信号发生单元a17由隔离放大电路a174、带通滤波电路a175、功率放大器a176组成；振荡频率自动识别及注入信号发生单元b27由隔离放大电路b274、带通滤波电路b275、功率放大器b276组成；振荡频率自动识别及注入信号发生单元c37由隔离放大电路c374、带通滤波电路c375、功率放大器c376组成。

[0016] 传感器磁芯采用具有明显过阻尼双稳态非线性特性的软磁材料经退火处理的钴基非晶带材。

[0017] 三棱柱型支撑和线圈支撑骨架选自聚醚醚酮、尼龙、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚、聚苯丙咪唑、聚三氟氯乙烯或树脂低形变无磁材料中的一种，经CNC车床或3D打印工艺加工制成。

[0018] 有益效果：自注入锁定式级联磁通门传感器，在级联磁通门传感器的基础上，增设自注入锁定环节，利用注入锁定对于振荡信号相位噪声的抑制作用，实现磁通门传感器的低噪声磁场测量。本发明设计的自注入锁定级联磁通门传感器与现有磁通门传感器产品相比，不需要外界激励信号便可正常工作，并且通过注入与振荡信号同频的锁定信号实现振荡频率的锁定，有利于降低传感器的整体噪声，弱磁分辨能力可实现在现有磁通门基础上一个量级以上的提升；与US9140765B1公开的《新型磁通门传感器》相比，自注入锁定式级联磁通门传感器通过实时提取振荡信号的频率特征实时调整注入信号的频率，始终保持注入锁定的最佳噪声抑制效果，更有利于低噪声磁传感器的设计，并且更适合于实际的工程应用，初步测试结果显示自注入式级联磁通门传感器的本底噪声功率谱密度与无自注入锁定级联磁通门相比可降低15dB。附图说明：

[0019] 图1自注入锁定式级联磁通门传感器结构图

[0020] 图2磁通门探头分支11分立式绕线结构图

[0021] 图3磁通门探头分支21分立式绕线结构图

[0022] 图4磁通门探头分支31分立式绕线结构图

[0023] 图5磁通门探头分支11交互式绕线结构图

[0024] 图6磁通门探头分支21交互式绕线结构图

[0025] 图7磁通门探头分支31交互式绕线结构图

[0026] 图8磁通门探头分支的三棱柱型支撑410面结构图

[0027] 图9磁通门探头分支的三棱柱型支撑420面结构图

[0028] 图10磁通门探头分支的三棱柱型支撑430面结构图

[0029] 图11自注入锁定实施例1实现方案图

[0030] 图12自注入锁定实施例2实现方案图

[0031] 图13自注入锁定式级联磁通门传感器本底噪声实测对比

[0032] 11磁通门探头分支a，12仪表放大器a，13积分电路a，14滤波电路a，15放大电路a，16电压电流转换电路a，17振荡频率自动识别及注入信号发生单元a，18信号检测电路a，19信号采集及互相关算法处理，21磁通门探头分支b，22仪表放大器b，23积分电路b，24滤波电路b，25放大电路b，26电压电流转换电路b，27振荡频率自动识别及注入信号发生单元b，28信号检测电路b，31磁通门探头分支c，32仪表放大器c，33积分电路c，34滤波电路c，35放大电路c，36电压电流转换电路c，37振荡频率自动识别及注入信号发生单元c，38信号检测电路c，40三棱柱型支撑；

[0033] 110线圈支撑骨架a，111、116安装孔a，112磁芯a，113激励线圈a，114锁定线圈a，115感应线圈a，170模数转换器a，171微处理器a，172数模转换器a，173、176功率放大器a，
174隔离放大电路a，175带通滤波电路a；

[0034] 210线圈支撑骨架b，211、216安装孔b，212磁芯b，213激励线圈b，214锁定线圈b，215感应线圈b，270模数转换器b，271微处理器b，272数模转换器b，273、276功率放大器b，
274隔离放大电路b，275带通滤波电路b；

[0035] 310线圈支撑骨架c，311、316安装孔c，312磁芯c，313激励线圈c，314锁定线圈c，315感应线圈c，370模数转换器c，371微处理器c，372数模转换器c，373、376功率放大器c，
374隔离放大电路c，375带通；

[0036] 410棱面一，411安装孔一，412安装孔二，420棱面二，421安装孔三，422安装孔四，430棱面三，431安装孔五，432安装孔六。
具体实施方式：

[0037] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：

[0038] 自注入锁定式级联磁通门传感器，是由电压电流转换电路a16、磁通门探头分支a11的激励线圈a113、磁通门探头分支a11的感应线圈a115、仪表放大器a12、积分电路a13、滤波电路a14、放大电路a15、电压电流转换电路b26连接，滤波电路a14经由振荡频率自动识别及注入信号发生单元a17与磁通门探头分支a11的锁定线圈a114连接；电压电流转换电路b26经由磁通门探头分支b21的激励线圈a113、磁通门探头分支b21的感应线圈a115、仪表放大器b22、积分电路b23、滤波电路b24、放大电路b25与电压电流转换电路c36连接，滤波电路b24经由振荡频率自动识别及注入信号发生单元b27与磁通门探头分支b21的锁定线圈a114连接；电压电流转换电路c36经由磁通门探头分支c31的激励线圈a113、磁通门探头分支c31的感应线圈a115、仪表放大器c32、积分电路c33、滤波电路c34、放大电路c35与电压电流转换电路a16连接，滤波电路c34经由振荡频率自动识别及注入信号发生单元c37与磁通门探头分支c31的锁定线圈a114连接。信号检测电路a18与放大电路a15连接，由信号检测电路b28与放大电路b25连接，由信号检测电路c38与放大电路c35连接，信号检测电路a18、信号检测电路b28、信号检测电路c38与信号采集及互相关算法处理19连接。

[0039] 磁通门探头分支a11、磁通门探头分支b 21、磁通门探头分支c 31可采用分立式绕组和交互式绕组探头结构。磁通门探头分支a11由线圈支撑骨架a110、安装孔a111、磁芯a112、激励线圈a113、锁定线圈a114、感应线圈a115、安装孔a116构成；磁通门探头分支b21由线圈支撑骨架b210、安装孔b211、磁芯b212、激励线圈b213、锁定线圈b214、感应线圈b215、安装孔b216构成；磁通门探头分支c31由线圈支撑骨架c310、安装孔c311、磁芯c312、激励线圈c313、锁定线圈c314、感应线圈c315、安装孔c316构成。线圈支撑骨架a110、线圈支撑骨架b210、线圈支撑骨架c310均由无磁材料加工而成，材料可选用聚醚醚酮、尼龙、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚、聚苯丙咪唑、聚三氟氯乙烯、树脂等低形变无磁材料，经CNC车床或3D打印工艺加工制成。磁芯a112、磁芯b 212、磁芯c 312采用钴基非晶带材经退火工艺制成。

[0040] 磁通门探头分支a11通过安装孔一411、安装孔二412安装于三棱柱型支撑40的棱面一410上，其中安装孔一411和安装孔二412位于棱面一410面的中心线上；磁通门探头分支b21通过安装孔三421、安装孔四422安装于三棱柱型支撑40的棱面二420面上，其中安装孔三421和安装孔四422位于棱面一420面的中心线上；磁通门探头分支c31通过安装孔五431、安装孔六432安装于三棱柱型支撑40的棱面三430面上，其中安装孔五431和安装孔六
432位于棱面三430面的中心线上。三棱柱支撑40为空心三棱柱结构，由无磁材料加工而成，材料可选用聚醚醚酮、尼龙、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚、聚苯丙咪唑、聚三氟氯乙烯、树脂等低形变无磁材料，经CNC车床或3D打印工艺加工制成。

[0041] 级联磁通门传感器的自注入锁定实现对磁通门传感器本底噪声的抑制。感应线圈a115经由仪表放大器a12与积分电路a13连接实现感应电动势到磁通量的转换，积分电路a13经由滤波电路a14、放大电路a15，电压电流转换电路b26与激励线圈b213相连，实现磁通门探头分支a11与磁通门探头分支a21的磁通级联；感应线圈b215经由仪表放大器b22与积分电路b23连接实现感应电动势到磁通量的转换，积分电路b23经由滤波电路b24、放大电路b25，电压电流转换电路c36与激励线圈c313相连，实现磁通门探头分支b21与磁通门探头分支c31的磁通级联；感应线圈c315经由仪表放大器c32与积分电路c33连接实现感应电动势到磁通量的转换，积分电路c33经由滤波电路c34、放大电路c35，电压电流转换电路a16与激励线圈a113相连，实现磁通门探头分支c31与磁通门探头分支a11的磁通级联。感应线圈a115经由仪表放大器a12与积分电路a13连接实现感应电动势到磁通量的转换，积分电路a13与滤波电路a14相连，滤波电路a14的输出端经由振荡频率自动识别及注入信号发生单元a17与锁定线圈a114相连，实现磁通门探头分支a11的自注入锁定；感应线圈b215经由仪表放大器b22与积分电路b23连接实现感应电动势到磁通量的转换，积分电路b23与滤波电路b24相连，滤波电路b24的输出端经由振荡频率自动识别及注入信号发生单元b27与锁定线圈b214相连，实现磁通门探头分支b21的自注入锁定；感应线圈c315经由仪表放大器c32与积分电路c33连接实现感应电动势到磁通量的转换，积分电路c33与滤波电路c34相连，滤波电路c34的输出端经由振荡频率自动识别及注入信号发生单元c37与锁定线圈c314相连，实现磁通门探头分支c31的自注入锁定。放大电路a15、放大电路b25、放大电路c35分别经由信号检测电路18、信号检测电路28、信号检测电路38共同与信号采集及互相关算法处理19相连，实现信号检测。

[0042] 实施例1

[0043] 自注入锁定式级联磁通门传感器的自注入锁定通过数字方式实现，具体的，振荡频率自动识别及注入信号发生单元a17由模数转换器a170、微处理器a171、数模转换器a172和功率放大器a173组成；振荡频率自动识别及注入信号发生单元b27由模数转换器b270、微处理器b271、数模转换器b272和功率放大器b273组成；振荡频率自动识别及注入信号发生单元c37由模数转换器c370、微处理器c371、数模转换器c372和功率放大器c373组成。

[0044] 磁通门探头分支a11、磁通门探头分支b 21、磁通门探头分支c 31采用分立式绕组探头结构。磁通门探头分支a11由线圈支撑骨架a110、安装孔a111、磁芯a112、激励线圈a113、锁定线圈a114、感应线圈a115、安装孔a116构成；磁通门探头分支b21由线圈支撑骨架b210、安装孔b211、磁芯b212、激励线圈b213、锁定线圈b214、感应线圈b215、安装孔b216构成；磁通门探头分支c31由线圈支撑骨架c310、安装孔c311、磁芯c312、激励线圈c313、锁定线圈c314、感应线圈c315、安装孔c316构成。线圈支撑骨架a110、线圈支撑骨架b210、线圈支撑骨架c310均由无磁材料加工而成，材料可选用聚醚醚酮、尼龙、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚、聚苯丙咪唑、聚三氟氯乙烯、树脂等低形变无磁材料，经CNC车床或3D打印工艺加工制成。磁芯a112、磁芯b 212、磁芯c 312采用钴基非晶带材经退火工艺制成。

[0045] 磁通门探头分支a11通过安装孔一411、安装孔二412安装于三棱柱型支撑40的棱面一410上，其中安装孔一411和安装孔二412位于棱面一410的中心线上；磁通门探头分支b21通过安装孔三421、安装孔四422安装于三棱柱型支撑40的棱面二420上，其中安装孔三421和安装孔四422位于棱面一420的中心线上；磁通门探头分支c31通过安装孔五431、安装孔六432安装于三棱柱型支撑40的棱面三430上，其中安装孔五431和安装孔六432位于棱面三430的中心线上。三棱柱支撑40为空心三棱柱结构，由无磁材料加工而成，材料可选用聚醚醚酮、尼龙、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚、聚苯丙咪唑、聚三氟氯乙烯、树脂等低形变无磁材料，经CNC车床或3D打印工艺加工制成。

[0046] 级联磁通门传感器的自注入锁定实现对磁通门传感器本底噪声的抑制。感应线圈a115经由仪表放大器a12与积分电路a13连接实现感应电动势到磁通量的转换，积分电路a13经由滤波电路a14、放大电路a15，电压电流转换电路b26与激励线圈b213相连，实现磁通门探头分支a11与磁通门探头分支a21的磁通级联；感应线圈b215经由仪表放大器b22与积分电路b23连接实现感应电动势到磁通量的转换，积分电路b23经由滤波电路b24、放大电路b25，电压电流转换电路c36与激励线圈c313相连，实现磁通门探头分支b21与磁通门探头分支c31的磁通级联；感应线圈c315经由仪表放大器c32与积分电路c33连接实现感应电动势到磁通量的转换，积分电路c33经由滤波电路c34、放大电路c35，电压电流转换电路a16与激励线圈a113相连，实现磁通门探头分支c31与磁通门探头分支a11的磁通级联。感应线圈a115经由仪表放大器a12与积分电路a13连接实现感应电动势到磁通量的转换，积分电路a13与滤波电路a14相连，滤波电路a14的输出端经由振荡频率自动识别及注入信号发生单元a17与锁定线圈a114相连，实现磁通门探头分支a11的自注入锁定；感应线圈b215经由仪表放大器b22与积分电路b23连接实现感应电动势到磁通量的转换，积分电路b23与滤波电路b24相连，滤波电路b24的输出端经由振荡频率自动识别及注入信号发生单元b27与锁定线圈b214相连，实现磁通门探头分支b21的自注入锁定；感应线圈c315经由仪表放大器c32与积分电路c33连接实现感应电动势到磁通量的转换，积分电路c33与滤波电路c34相连，滤波电路c34的输出端经由振荡频率自动识别及注入信号发生单元c37与锁定线圈c314相连，实现磁通门探头分支c31的自注入锁定。放大电路a15、放大电路b25、放大电路c35分别经由信号检测电路18、信号检测电路28、信号检测电路38共同与信号采集及互相关算法处理19相连，实现信号检测。

[0047] 实施例2

[0048] 自注入锁定式级联磁通门传感器的自注入锁定通过模拟方式实现，具体的，振荡频率自动识别及注入信号发生单元a17由隔离放大电路a174、带通滤波电路a175、功率放大器a176组成；振荡频率自动识别及注入信号发生单元b27由隔离放大电路b274、带通滤波电路b275、功率放大器b276组成；振荡频率自动识别及注入信号发生单元c37由隔离放大电路c374、带通滤波电路c375、功率放大器c376组成。

[0049] 磁通门探头分支a11、磁通门探头分支b 21、磁通门探头分支c 31采用交互式绕组探头结构。

[0050] 磁通门探头分支a11由线圈支撑骨架a110、安装孔a111、磁芯a112、激励线圈a113、锁定线圈a114、感应线圈a115、安装孔a116构成；磁通门探头分支b21由线圈支撑骨架b210、安装孔b211、磁芯b212、激励线圈b213、锁定线圈b214、感应线圈b215、安装孔b216构成；磁通门探头分支c31由线圈支撑骨架c310、安装孔c311、磁芯c312、激励线圈c313、锁定线圈c314、感应线圈c315、安装孔c316构成。线圈支撑骨架a110、线圈支撑骨架b210、线圈支撑骨架c310均由无磁材料加工而成，材料可选用聚醚醚酮、尼龙、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚、聚苯丙咪唑、聚三氟氯乙烯、树脂等低形变无磁材料，经CNC车床或3D打印工艺加工制成。磁芯a112、磁芯b 212、磁芯c 312采用钴基非晶带材经退火工艺制成。

[0051] 磁通门探头分支a11通过安装孔一411、安装孔二412安装于三棱柱型支撑40的棱面一410面上，其中安装孔一411和安装孔二412位于棱面一410的中心线上；磁通门探头分支b21通过安装孔三421、安装孔四422安装于三棱柱型支撑40的棱面二420上，其中安装孔三421和安装孔四422位于棱面一420的中心线上；磁通门探头分支c31通过安装孔五431、安装孔六432安装于三棱柱型支撑40的棱面三430上，其中安装孔五431和安装孔六432位于棱面三430的中心线上。三棱柱支撑40为空心三棱柱结构，由无磁材料加工而成，材料可选用聚醚醚酮、尼龙、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚、聚苯丙咪唑、聚三氟氯乙烯、树脂等低形变无磁材料，经CNC车床或3D打印工艺加工制成。

[0052] 级联磁通门传感器的自注入锁定实现对磁通门传感器本底噪声的抑制。感应线圈a115经由仪表放大器a12与积分电路a13连接实现感应电动势到磁通量的转换，积分电路a13经由滤波电路a14、放大电路a15，电压电流转换电路b26与激励线圈b213相连，实现磁通门探头分支a11与磁通门探头分支a21的磁通级联；感应线圈b215经由仪表放大器b22与积分电路b23连接实现感应电动势到磁通量的转换，积分电路b23经由滤波电路b24、放大电路b25，电压电流转换电路c36与激励线圈c313相连，实现磁通门探头分支b21与磁通门探头分支c31的磁通级联；感应线圈c315经由仪表放大器c32与积分电路c33连接实现感应电动势到磁通量的转换，积分电路c33经由滤波电路c34、放大电路c35，电压电流转换电路a16与激励线圈a113相连，实现磁通门探头分支c31与磁通门探头分支a11的磁通级联。感应线圈a115经由仪表放大器a12与积分电路a13连接实现感应电动势到磁通量的转换，积分电路a13与滤波电路a14相连，滤波电路a14的输出端经由振荡频率自动识别及注入信号发生单元a17与锁定线圈a114相连，实现磁通门探头分支a11的自注入锁定；感应线圈b215经由仪表放大器b22与积分电路b23连接实现感应电动势到磁通量的转换，积分电路b23与滤波电路b24相连，滤波电路b24的输出端经由振荡频率自动识别及注入信号发生单元b27与锁定线圈b214相连，实现磁通门探头分支b21的自注入锁定；感应线圈c315经由仪表放大器c32与积分电路c33连接实现感应电动势到磁通量的转换，积分电路c33与滤波电路c34相连，滤波电路c34的输出端经由振荡频率自动识别及注入信号发生单元c37与锁定线圈c314相连，实现磁通门探头分支c31的自注入锁定。放大电路a15、放大电路b25、放大电路c35分别经由信号检测电路18、信号检测电路28、信号检测电路38共同与信号采集及互相关算法处理19相连，实现信号检测。