磁通门传感器是一种测量微弱磁场的矢量传感器,具有体积小,结构简单,分辨率高等优点,广泛地应用在地球地质勘测、航天空间探测、国防军事、工业自动化、生物医学界等领域。利用被测磁场中高磁导率铁芯在交变磁场的饱和激励下,其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来实现弱磁场测量。初期传统式磁通门传感器多为模拟式,其内部电路由一些模拟器件组成,不仅质量与体积较大,功耗高、结构复杂,还很容易受到温度的影响导致精度较差,难以适应对精度要求日益严苛的磁测场合。随着数字电路的发展,出现了数字式的磁通门传感器。数字式传感器不仅克服了模拟式传感器的缺点,还具备更高的精度,分辨率,灵敏度,且符合设备小型化的发展趋势,具有很好的发展前景。相比于利用单片机或DSP芯片作为数字化方案的核心,本文在调研大量相关资料的基础上,阐述了磁通门传感器测量磁场的基本原理,设计了基于FPGA的数字闭环反馈式磁通门传感器。采用二次谐波检测法测量磁场并设计相关硬件电路,将硬件电路分为激励电路、感应电路、反馈电路。采用FPGA现场可编程逻辑门阵列作为主控芯片,利用其并行运算处理速度快及片内可编程的特点,替代模拟电路进行信号处理,在FPGA内部进行数字检波、滤波处理,提高了系统的抗干扰性以及信噪比。采用精度较高的数模转换以及模数转换芯片来采集数据提高系统整体精度。与此同时,设计反馈回路构成闭环反馈控制系统,以此来提高系统的稳定性,扩大动态测量范围,降低系统的非线性程度。所设计的传感器可以测量三个轴向的磁场大小,利用C#编写上位机人机交互界面,测试数据通过串口通信实时显示在上位机上。采用数字化方案有效克服了模拟式传感器的温漂效应,减小了体积以及功耗。测试表明,所设计的闭环反馈式磁通门传感器性能稳定,量程为±65 000n T,且在量程范围内具有较好线性度,分辨力小于1n T,可以实现地磁场的测量。