一种三端式磁通门传感器激磁电路设计

磁通门传感器是目前微弱磁场检测中较为理想的测试元件,具有高灵敏度、高精度和良好的稳定性等优点;在分析了三端式磁通门传感器的数学模型的基础上,介绍了其工作原理,即需要激励源、传感器和检测电路共同作用才可以构成完整的测量系统;同时,设计了一种三端式磁通门传感器的激磁电路,其激励电压幅值为5V,频率为5kHz;结果表明,该信号频率和幅值比较稳定,可以作为磁通门传感器的激磁信号。     

基于Maxwell与Simplorer仿真分析磁通门磁场传感器瞬态响应

为分析磁通门磁场传感器的工作原理,基于Maxwell和Simplorer软件建立了磁通门磁场传感器的电磁联合仿真模型,仿真了磁通门非线性激励电路中电流波形和磁通门传感器的瞬态响应过程,分析计算了磁通门二次谐波灵敏度以及磁通门传感器的转换系数.为验证仿真模型的准确性,利用钴基非晶薄片制作了磁通门传感器探头并利用开关电源驱动电路激励磁通门工作.实际测量的激励电流波形与仿真结果基本一致,磁通门二次谐波灵敏度的测量值与仿真值误差小于1.1%.测量磁通门的频率响应曲线得到磁通门的转换系数为100 mV/μT,与仿真值几乎完全一致,两者误差小于1.5%.该仿真模型对理解磁通门传感器的工作原理、瞬态响应过程以及指导微型磁通门传感器设计具有重要意义.     

基于弹载测速的微型磁通门集成系统研究

在介绍磁通门传感器基本工作原理的基础上,对磁通门如何应用于测量弹丸转数的原理及方法进行了分析.针对现有磁通门的一些不足,设计了微型化的磁通门探头及与之配套的电路,从而集成制作出传感器系统样机.对样机进行相关的试验并记录其输出信号的波形,对其计数后即可获得弹丸的转数,经验证,系统基本满足了弹丸初速测量的要求.     

机载传感器激磁电源的设计

阐述了采用数模混合技术完成交流激磁电源的设计方法,利用数字技术产生稳定正弦波信号,经低通滤波、功率放大生成具有一定驱动能力的交流信号,并对输出信号进行闭环控制,以达到稳幅的目的;主要描述了供电电路、交流功率驱动电路、闭环控制电路的设计方法;通过本设计方法,可以产生在宽温度范围、多负载情况下产生稳频稳幅的交流传感器激磁电源;并通过温度试验、带负载能力试验、输出短路试验验证了该交流激磁电源的频率稳定性和幅值稳定性,以及输出短路时的自保护能力。     

磁通门测量地磁信号的数字化分析

针对现有的磁通门信号处理电路仍以模拟元件为主,电路较为复杂的缺点,提出了一种以数字信号处理器(DSP)为主的信号处理系统,优化磁通门传感器的结构,提高了磁通门传感器的抗干扰能力.根据双磁芯磁通门的基本原理,建立了磁通门数学模型并采用Simulink信号处理模块模拟DSP对磁通门输出信号进行处理;针对双磁芯磁通门上、下磁芯不一致产生的磁通门信号噪声,采用带通滤波方法进行了滤波,仿真结果与理想状态下双铁芯磁通门的输出一致,系统分辨力达到3 nT.通过实验数据与仿真数据的对比,验证了DSP信号处理系统的可行性.     

低剩磁误差磁通门的激励电路研究

降低磁通门剩磁误差的有效方法是增大激励电流的峰值,但大的激励电流峰值将增大功耗.带有足够高峰值的尖脉冲激励电流能降低剩磁误差,同时也降低了功耗,但是降低了传感器的灵敏度而且信号的处理难度增加.一种有效的解决方法是采用激励调谐方法获得所谓理想激励波形.本文提出用激励电路产生高峰值和低有效值激励信号的方法.与调谐激励方法不同,该方法采用积分器和微分器对输入方波信号进行处理后相加,得到一种在峰值处叠加有尖脉冲的三角波信号.电路不用仔细调谐,且尖脉冲的峰值比较容易调节,方便对剩磁误差的研究.针对尖脉冲的峰值固定的情况,还提出了仅由两个电阻,两个电容和一个运算放大器组成的改进型电路.实验结果表明:采用本文激励电路,在10 mT的磁场干扰后,磁通门的剩磁误差为0.5nT.     

磁通门信号处理电路的优化设计与实验研究

磁通门信号处理电路作为磁通门磁场测量的重要组成部分,其电路参数的设计选择直接影响了测量的精度、时效性和稳定性。在分析磁通门测量原理的基础上,设计制作了磁通门信号处理电路;在综合考虑探头灵敏度和功耗下,得到在6.25 kHz的正弦激励下,较优的激励电压峰峰值为14.5 V;通过对信号处理电路各环节的建模及简化分析,得出信号处理电路系统为一个二阶Ⅰ型系统,并通过实验方法测定了开环比例系数,然后按最优二阶模型,对其进行了优化设计。最后,对所设计制作电路进行了稳定性和重复性实验,得到稳定性精度为6.1 nT(1σ),重复性精度为13.05 nT(1σ),精度满足多数磁导航应用要求。     

一种平面四轴向磁通门传感器的设计

设计了一种新型的四轴向磁通门传感器,可测量铁磁性目标经过时产生的磁异信号在四个轴向上的变化情况,通过各轴间的相关性即可判断出目标的运动方向。结构中将四个三端式磁通门探头单元相间45°摆放,使得传感器的任一侧都有四个磁场强度分量的输入,结合分时激励的方法,与传统磁通门传感器相比,其具有电路简单,灵敏度高、稳定性好、功耗小等优点。经实验表明,该传感器方向识别正确率可达85%以上,能够较好的应用于安防及侦测领域中对目标运动及其方向的监测。     

基于FPGA的单轴数字磁通门传感电路设计

针对传统磁通门传感器模拟电路受温度影响较大的问题,设计了一种基于FPGA的单轴数字磁通门传感器。磁通门的模拟式传感电路由A/D转换器和FPGA取代,调制信号发生器、数字解调及滤波等环节均在FPGA内部编程实现。详细介绍了基于FPGA的磁通门传感电路硬件结构与软件设计,并进行了初步实验测试,证明了设计方案的可行性。     

基于等效铁芯电感的磁通门HSPICE分析模型

提出了一种基于随电流变化的铁芯电感的磁通门HSPICE（High Simulation Program with IC Emphasis）模型,该磁通门模型铁芯的磁滞回线使用反正切函数来描述,其激励与测量线圈等效为一种随电流变化的电感电路模型。本文给出了全电路元件的磁通门模型的参数及提取方法,此模型可以在任意形状的电压激励波形下仿真,与已有的磁通门模型相比,具有仿真精度高、需要参数少且计算容易和可以方便进行输出信号处理的特点。实验和仿真结果对比表明,双铁芯磁通门HSPICE模型仿真的输入电流和输出电压的幅值分别为146 mA和1.03 V,与实际测试的146.6 mA和1.177 V相比,输入电流有0.6 mA的误差,输出电压有0.147 V的误差。     

基于半波激励的磁调制传感器设计与验证

基于磁调制传感器的工作原理,创新性的提出了通过采用半波激励信号简化设计双磁芯磁调制传感器的方法.传统磁调制传感器是在环形磁芯一次绕组中通以完整的方波、正弦波或锯齿波作为激励信号,然后提取磁芯二次绕组中感应信号的二次谐波来对被测直流信号进行检测的,此二次谐波反映被测直流信号的大小与方向.笔者通过实验发现,若通以半波激励,可反映被测直流信号的谐波由二次谐波变为一次谐波,此时相敏检波电路参考信号无需倍频,因而在器件中可省去倍频电路.分别采用方波、正弦波和锯齿波及其相应的半波作为激励信号进行了实验分析,结果表明,半波激励可以获得更为理想的检测波形,能更好地反映被测电流的大小,提高传感器的灵敏度.     

超声导波任意波形脉冲激励源的设计与实现

根据适用于激励超声导波的信号的特征,在改进直接数字频率合成器(DDS)结构的基础上,运用DSP+ FPGA等工具设计出适合导波检测用的任意波形脉冲激励源.该激励源可根据实际检测条件调整激励波形的类型且激励信号中心频率、周期数、幅值、重复频率等参数均可设置.经实验验证,此激励源能生成导波检测所需要的各种波形信号,且能扩展...     

基于单片机的磁通门传感器非正交性校正研究

为提高对磁通门传感器误差校正的能力,该文提出基于单片机的磁通门传感器非正交性误差校正方法。构建磁通门传感器非正交性约束参数模型,结合PI调节器对磁通门传感器的节点进行部署设计;在输出振荡模式约束下设计磁通门传感器的组网结构,结合ZigBee组网协议实现传感器路由探测;在自适应反馈调节方法的约束下,结合最短路径寻优控制过程实现磁通门传感器非正交性误差补偿抑制,通过自适应扩频处理方法对传感器的信道输出进行补偿,并提取传输信道的关联特征量,结合信道均衡控制方法进行磁通门传感器网络的输出误差补偿;采用单片机对磁通门传感器校正过程进行集成控制,提高磁通门传感器输出过程的自适应信息处理能力。仿真结果表明,采用该方法进行磁通门传感器非正交性误差校正过程的稳定性较好、传输损耗较少,输出结果误码率较低,有效提高了传感器的信息输出的准确性。     

微型磁通门性能指标的综合测试与分析

对铁芯结构的改进有利于提高微型磁通门传感器的性能,采用MEMS工艺制备了多孔铁芯结构微型磁通门,并对所制备的微型磁通门进行主要的工作参数和性能指标的综合测试,分析了激励电流和激励频率对灵敏度、线性范围、噪声、剩磁误差等性能指标的影响规律.对实验结果的分析结论为传感器选择合适工作参数提供了数据支持.     

正弦波调制对谐振式陀螺中谐振信号的影响

谐振式光纤陀螺（R—FOG）是利用光学Sagnac效应实现对转动角速度检测的一种高精度惯性传感器件。理论分析了正弦波调制特性,搭建了光学微谐振腔的调制解调实验系统,实验对比了正弦波、锯齿波、三角波3种调制波形对谐振信号信噪比的影响,得出了正弦波调制效果最好,提高了谐振信号的信噪比。针对不同调制幅度和频率条件下的正弦波调制对谐振信号的影响进行了测试,得出了调制幅度和调制频率对谐振信号的影响,为光学微谐振腔在谐振式陀螺系统应用中相位调制选择最佳的参数提供了参考。     

磁通门的数值分析与HSPICE仿真

针对电压源激励和非正弦波激励在传统分析计算中存在的难题,提出了一种基于HSPICE的磁通门计算和仿真方法。磁通门铁芯用考虑磁滞现象的JA-Brachtendorf模型描述,而传统的JA-Brachtendorf模型参数的提取方法需要很多实验数据。运用一种简单的计算方法利用较少的试验数据先得到JA模型的数据,再由JA模型数据得到JA-Brachtendorf模型的参数。最后通过实例用HSPICE仿真考察电压源激励方式下磁通门各种物理量的波形、量值,与实验结果符合得很好。     

一种产生变频多模信号的新方法

直接数字频率合成（DDS)技术是一种新型的频率合成技术,它具有较高的频率分辨率,能快速实现频率切换,又能在频率改变时保证相位的连续性。但是,专用的DDS集成芯片输出波形及频率范围通常是固定的。在研究专用DDS电路构成的基础上,对专用DDS的电路结构进行了扩展,增加了数据分配器和存储不同波形数据的ROM及外围控制电路模块,在大规模可编程FPGA芯片上实现了波形可编程、频率可编程的多模信号变频系统。该变频系统能够实现正弦波、三角波、锯齿波、方波等波形的选择及每种波形频率的变换。系统将PLL倍频、分频电路、数据选择器、数据分配器、频率字输入模块、DDS信号发生器、键控等模块集成在一块可编程FPGA芯片上,这在很大程度上提高了多模变频信号电路的集成度和可靠性。由于FPGA的系统可编程特性,系统实现的参数可通过现场编程调整,增加了电路适配的灵活性。