【摘要】：磁通門傳感器是一種具有較高靈敏度和測量精度以及體積小、重量輕等特點(diǎn)的弱磁矢量測量傳感器。尤其是近些年,隨著弱磁測量技術(shù)的廣泛應(yīng)用,消費(fèi)級(jí)市場需要大量性能優(yōu)異且成本低的磁測量設(shè)備。但是傳統(tǒng)的模擬磁通門傳感器,其信號(hào)處理電路的性能易受溫度、電磁干擾的影響,且難于集成,使得具有抗干擾能力強(qiáng)、集成度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)的數(shù)字化磁通門傳感器已成為一種技術(shù)發(fā)展趨勢。本論文在分析傳統(tǒng)模擬磁通門傳感器理論的基礎(chǔ)上,深入研究雙磁芯結(jié)構(gòu)的磁通門探頭在余弦波和方波電壓源提供激勵(lì)信號(hào)的前提下,磁通門探頭的信號(hào)特性,研究發(fā)現(xiàn),激勵(lì)信號(hào)的波形不影響磁通門探頭的理論空載靈敏度。通過對(duì)比分析時(shí)間差法、峰值法和二次諧波法這三種常見的有效信號(hào)檢測方法,確定采用二次諧波法來提取有效信號(hào)。通過對(duì)檢測信號(hào)直接數(shù)字化的可行性和ADC的量化誤差對(duì)系統(tǒng)誤差影響的研究,提出了本論文數(shù)字化的關(guān)鍵技術(shù)之一:檢測信號(hào)的直接數(shù)字化。通過研究在數(shù)字域進(jìn)行相敏檢波和濾波的具體實(shí)現(xiàn)方法、反饋環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)特性的影響、PID閉環(huán)控制理論、以及目前常用的磁補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)原理,提出了本論文數(shù)字化的另外一個(gè)關(guān)鍵技術(shù):采用△-E和PWM級(jí)聯(lián)調(diào)制的全數(shù)字閉環(huán)反饋技術(shù)。建立了基于Simulink仿真軟件的閉環(huán)全數(shù)字磁通門系統(tǒng)仿真模型,進(jìn)而驗(yàn)證了數(shù)字化理論的合理性�；谇懊娴臄�(shù)字化理論研究,采用工業(yè)級(jí)dsPIC單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種三軸全數(shù)字化磁通門傳感器樣機(jī)。最后,對(duì)樣機(jī)進(jìn)行調(diào)試,主要包括激勵(lì)頻率和激勵(lì)信號(hào)占空比的確定、PID環(huán)節(jié)參數(shù)的設(shè)置,并且驗(yàn)證了用△-∑和PWM級(jí)聯(lián)調(diào)制實(shí)現(xiàn)等效DAC的性能,結(jié)果發(fā)現(xiàn)該方法實(shí)現(xiàn)的等效DAC的非線性為0.001%,約等于DAC8812B的非線性誤差,證明了本論文實(shí)現(xiàn)等效DAC的方法有效。通過對(duì)樣機(jī)性能測試發(fā)現(xiàn),該樣機(jī)的測量范圍±50000nT、線性度10-2、噪聲低于0.1nT、分辨率78nT、帶寬DC-80Hz,符合本論文的設(shè)計(jì)指標(biāo),驗(yàn)證了本論文數(shù)字化技術(shù)的可行性與合理性,并且樣機(jī)性能滿足大需求量消費(fèi)級(jí)市場的測磁儀器對(duì)磁通門傳感器的性能需求。
【圖文】：

第 4 章 數(shù)字化磁通門傳感器系統(tǒng)分析。該部分結(jié)合電磁場理論基礎(chǔ)，，借助常用的數(shù)值分析軟件 Matlab ulink 軟件包，建立整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型，以此來分析信號(hào)處理各個(gè)環(huán)節(jié)征，理論上驗(yàn)證全數(shù)字化信號(hào)處理技術(shù)的合理性及觀測預(yù)期效果。首先是利用 Simulink 來擬合磁通門檢測線圈的信號(hào)，已知當(dāng) t1=T/8 時(shí)波分量的靈敏度 G2最大，假設(shè)二次諧波信號(hào)的幅值為 0.1V，將 t1=T/（2-16）即可得到各次諧波信號(hào)的幅值，采用 Simulink 的 SineWave 法器、加法器等模塊擬合出的感應(yīng)信號(hào)如圖 4-6 所示，其中激勵(lì)信號(hào)的1.5kHz。數(shù)字化轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)選用 10 位雙極性 ADC，其有效輸入電壓范圍 至 +5V，則檢測信號(hào)經(jīng)過 ADC 后的信號(hào)波形如圖 4-7 所示，經(jīng)過 AD號(hào)波形未發(fā)生明顯失真。

檢測信號(hào)經(jīng)過ADC前后的信號(hào)波形
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP212

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本文編號(hào)：2692936