本文關(guān)鍵詞：共振型磁彈性傳感器檢測(cè)系統(tǒng)的便攜式設(shè)計(jì)

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【摘要】：磁彈性傳感器是利用鐵基非晶合金材料制作而成的新型傳感器。在外加交變磁場(chǎng)下,由于磁致伸縮效應(yīng)使傳感器發(fā)生振動(dòng),當(dāng)傳感器的固有頻率和交變磁場(chǎng)頻率一致時(shí)產(chǎn)生共振,此時(shí)振幅達(dá)到最大值。該共振頻率點(diǎn)會(huì)隨周?chē)沫h(huán)境變化而發(fā)生偏移,如質(zhì)量負(fù)載、應(yīng)力、粘度等,通過(guò)測(cè)量檢測(cè)線圈上感生電動(dòng)勢(shì)的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器共振特性檢測(cè)。在檢測(cè)過(guò)程中,傳感器與檢測(cè)裝置之間無(wú)電氣連接,因而是一種無(wú)線無(wú)源的傳感器,同時(shí)傳感器還具有耗能低、成本低、高靈敏度等特點(diǎn)。正由于這些優(yōu)點(diǎn)使磁彈性傳感器在物理、生化、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛研究。然而目前磁彈性傳感器檢測(cè)系統(tǒng)存在價(jià)格昂貴、體積龐大、便攜性差、功耗高以及無(wú)法長(zhǎng)期檢測(cè)等缺陷,限制了磁彈性傳感器的應(yīng)用前景。針對(duì)上述問(wèn)題,本文提出了一套便攜式磁彈性共振型傳感器檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì);首先通過(guò)對(duì)磁彈性傳感器共振模型和檢測(cè)原理分析,確立了以掃頻檢測(cè)法為檢測(cè)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)思路,確定了包含電源管理單元、微控制器單元、交流激勵(lì)單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸單元的便攜式設(shè)計(jì)方案,并提出檢測(cè)系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)指標(biāo)。然后根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)完成低功耗硬件功能電路設(shè)計(jì)和基于μC/OS-II操作系統(tǒng)的控制軟件設(shè)計(jì)。最后結(jié)合上位機(jī)軟件完成整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后,利用鐵基非晶合金帶材1k101制作磁彈性傳感器對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行功能、性能、實(shí)用性的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。主要包括空氣中傳感器響應(yīng)測(cè)試實(shí)驗(yàn),傳感器重復(fù)測(cè)試實(shí)驗(yàn),不同介質(zhì)測(cè)試實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)功耗對(duì)比測(cè)試實(shí)驗(yàn)以及檢測(cè)系統(tǒng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)實(shí)用性測(cè)試,即完成質(zhì)量負(fù)載測(cè)試實(shí)驗(yàn)和自來(lái)水腐蝕傳感器的長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)測(cè)試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,檢測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)磁彈性傳感器共振特性的精確檢測(cè),且具有良好的可重復(fù)性和可靠性;同時(shí),系統(tǒng)能滿足不同環(huán)境下的測(cè)試實(shí)驗(yàn);與傳統(tǒng)的磁彈性傳感器檢測(cè)系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)功耗更低、體積更小,為磁彈性傳感器檢測(cè)的研究者提供了一套便攜式低功耗磁彈性傳感器檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。
【關(guān)鍵詞】：磁致伸縮 磁彈性傳感器 便攜式 低功耗
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP212
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-18
• 1.1 課題背景8
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀8-16
• 1.2.1 磁彈性傳感器檢測(cè)方法9-10
• 1.2.2 磁彈性傳感器檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展10-14
• 1.2.3 便攜式設(shè)備14-16
• 1.3 課題研究的意義、目的及主要內(nèi)容16-18
• 1.3.1 課題研究意義16
• 1.3.2 課題研究目的16-17
• 1.3.3 本文主要內(nèi)容17-18
• 2 磁彈性傳感器工作原理18-28
• 2.1 磁致伸縮效應(yīng)及其表征18-19
• 2.2 磁彈性傳感器激勵(lì)、共振與檢測(cè)原理19-26
• 2.2.1 磁彈性傳感器電磁激勵(lì)原理19-21
• 2.2.2 磁彈性傳感器共振模型21-24
• 2.2.3 磁彈性傳感器檢測(cè)原理24-26
• 2.3 本章小結(jié)26-28
• 3 磁彈性傳感器檢測(cè)系統(tǒng)便攜式設(shè)計(jì)方案28-38
• 3.1 檢測(cè)系統(tǒng)便攜式設(shè)計(jì)基礎(chǔ)28-31
• 3.2 檢測(cè)系統(tǒng)便攜式設(shè)計(jì)思路31-32
• 3.3 磁彈性傳感器便攜式設(shè)計(jì)方案32-36
• 3.3.1 檢測(cè)方法的選擇32
• 3.3.2 系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)32-35
• 3.3.3 傳感器尺寸選擇因素35-36
• 3.4 設(shè)計(jì)指標(biāo)36-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 4 檢測(cè)系統(tǒng)便攜式硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)38-64
• 4.1 低功耗電路設(shè)計(jì)38-56
• 4.1.1 電源管理單元38-44
• 4.1.2 微控制器單元44-46
• 4.1.3 激勵(lì)單元46-52
• 4.1.4 共振幅值檢測(cè)電路52-55
• 4.1.5 數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)單元55-56
• 4.2 激勵(lì)線圈和檢測(cè)線圈設(shè)計(jì)56-58
• 4.3 硬件性能指標(biāo)測(cè)試58-62
• 4.4 本章小結(jié)62-64
• 5 檢測(cè)系統(tǒng)便攜式軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)64-84
• 5.1 基于UC/OS-II操作系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)64-81
• 5.1.1 μC/OS-II操作系統(tǒng)概述64-70
• 5.1.2 任務(wù)劃分與任務(wù)優(yōu)先級(jí)70-72
• 5.1.3 軟件應(yīng)用層設(shè)計(jì)72-81
• 5.2 系統(tǒng)上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)81-82
• 5.3 本章小結(jié)82-84
• 6 檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試84-96
• 6.1 檢測(cè)系統(tǒng)初步功能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)84-85
• 6.2 檢測(cè)系統(tǒng)性能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)85-90
• 6.2.1 系統(tǒng)重復(fù)性實(shí)驗(yàn)測(cè)試85-87
• 6.2.2 傳感器在不同介質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試87
• 6.2.3 系統(tǒng)對(duì)不同尺寸傳感器實(shí)驗(yàn)測(cè)試87-88
• 6.2.4 系統(tǒng)低功耗的實(shí)驗(yàn)測(cè)試88-90
• 6.3 檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)用性基礎(chǔ)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)90-94
• 6.3.1 質(zhì)量負(fù)載變化測(cè)試實(shí)驗(yàn)90-92
• 6.3.2 長(zhǎng)期實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)92-94
• 6.4 本章小結(jié)94-96
• 7 總結(jié)與展望96-98
• 7.1 本文總結(jié)96-97
• 7.2 工作展望97-98
• 致謝98-100
• 參考文獻(xiàn)100-106
• 附錄106

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本文編號(hào)：1000114