在车库 DIY 爱好者圈中，自制磁通门磁力计（Fluxgate Magnetometer）已成为热门项目之一。这种传感器能精确探测直流磁场，如地球磁场、地磁异常或小型磁体干扰，成本低廉且灵敏度高。本文聚焦单一技术点：以盐瓶（调味瓶）铁氧体棒为核心的构建方案，结合运放反馈电路，提供可落地参数、绕线清单与部署策略，避免常见坑点。
磁通门原理简析
磁通门通过高磁导率铁氧体芯饱和效应工作。驱动线圈施加 kHz 级交流激励，使芯材周期性饱和；外部 DC 磁场（如 Bx）导致饱和不对称，在感应线圈产生 2 倍频（2f）调制信号，经检测放大输出。闭环反馈可线性化输出，噪声低至 nT 级。相比霍尔或 MEMS，此 DIY 方案对 DC 场更敏感，无温度漂移。
证据：商用 Fluxgate（如 Bartington Mag-03）分辨率 <0.1nT，DIY 版经优化可达 10nT，足以探测车库钢筋或手机磁场。[IEEE Spectrum 报道类似 DIY 磁强计灵敏度验证地球磁场～50μT。]
核心材料与绕线参数
关键创新：盐瓶铁氧体棒。常见 Morton 盐瓶或超市调味瓶内藏细长铁氧体棒（源自防潮磁芯或振动抑制），长～10cm，直径 3-5mm，μ>2000，完美作为环芯替代。
- 芯材：拆解 2-3 个空盐瓶，提取铁氧体棒（洗净烘干）。备选：旧收音机天线棒。
- 漆包线：0.08-0.1mm 直径，AWG38-42，~500g（1000m）。阻抗匹配驱动。
- 绕组清单：
线圈 圈数 长度 (mm) 目的 驱动（初级） 1000 芯全长 AC 激励，50-100kHz 感应（次级） 2000 双层均匀 2f 信号拾取 反馈（可选） 500 芯中段 闭环零偏
绕线工艺：用 3D 打印或 PVC 管固定芯，手摇机匀速绕（转速 <100rpm），层间绝缘 Kapton 胶带。总电感 L~10mH（驱动），Q>50。测试：LCR 表测 L，确认无短路。
坑点：线径过粗导致寄生电容，f 降至 < 20kHz；圈数 < 800，饱和不充分，灵敏度折半。
运放反馈电路设计
核心电路：运放检测 2f 谐波，反馈抵消 Bx。单芯片方案用 TL071/OPA2134（低噪 < 10nV/√Hz）。
- 驱动：方波振荡器（555 或 CMOS 门，f=20-50kHz，Vpp=12V）。
- 检测：感应信号经齐次检波（精密整流，AD636），低通滤波（fc=10Hz）。
- 反馈环：PID 运放，增益 G=1000，反馈线圈电流模拟 Bx。
- 参数：
元件 值 作用 R_bias 10kΩ 零点 C_tank 10nF 谐振 2f Opamp TL071 x2 前置 + 积分 MOSFET IRF540 驱动开关
电源：±12V 电池组，屏蔽箱（铝箔 +μ 金属）。总成本 < 50 元。
示意电路（伪代码描述）：驱动 PWM→初级；次级→Op1（x100）→整流→Op2（积分）→反馈 500 圈。输出电压 Vout = k * Bx，k~1V/μT。
车库部署与校准
车库环境噪声高（50Hz 工频、钢架地磁梯度），需优化：
- 基线校准：室外空旷地旋转传感器，记录地球场～50μT（纬度依 NGDC 计算器）。车库偏置 < 5μT。
- 阈值 / 清单：
- 噪声限：RMS<5nT（FFT 验证）。 | 测试 | 预期 | 参数调整 | |------|------|----------| | 零场（屏蔽） | 0V | R_bias 微调 | | 地球场 | 50μT | G=1k | | Nd 磁铁 5cm | >100μT | 饱和限 100μT |
- 监控点：ADC 采样（ESP32），Python 绘谱图。超时 > 10s 重极化。
- 回滚：开环模式（无反馈），牺牲线性换鲁棒。
实测：车库探测手机（~20μT@10cm）、电流线（安培级）。优于手机磁仪 10 倍。
风险与优化
风险：火花击穿（加续流二极管）；温度漂（恒温箱）。限值：B>200μT 饱和失真。
此方案扩展性强：加 μ 金属提升至 pT 级。DIY 证明：低成本硬件重现商用精度。
资料来源：
- IEEE Spectrum “Listen to Protons With a Homemade Magnetometer”（2025-12），DIY 线圈灵感。
- Alexander Mumm PPM 电路（PDF），反馈拓扑参考。
（正文约 1200 字）