三维中频磁场测量传感器的设计

针对肿瘤热疗发生装置产生的中频强磁场的测量设计三维传感器,可测量磁场空间点三坐标磁场分量,合成磁场矢量。设计制作基于霍尔器件的三维传感器,重点分析传感器的误差,对其进行标定,最后对不均匀的实验磁场进行测试,实验符合预期结果。     

用于心磁传感器测试系统的三轴向亥姆赫兹线圈的设计与仿真

心磁检测对于心脏相关疾病的诊断具有独特优势，在用于测量心脏磁场的传感器(下称心磁传感器）的研制过程中，需要在模拟心磁的磁场环境下进行测试工作。基于此，设计了一个用于心磁传感器测试系统的亥姆赫兹线圈，它可以产生磁感应强度为pT级的动态磁场，模拟心磁环境，以满足心磁传感器测试的需求。根据亥姆赫兹线圈的磁场产生原理，使用磁屏蔽筒对环境磁场进行屏蔽，通过计算确定了线圈尺寸、线圈匝数、导线长度及导线横截面直径等参数。使用COMSOL Multiphysics仿真软件对亥姆赫兹线圈产生的静态磁场的分布均匀性以及通入线圈电流变化时磁场的动态特性进行仿真分析。仿真结果表明，所设计的亥姆赫兹线圈满足设计要求，能够产生磁场强度为100 pT左右、均匀度小于5%、波形实时性好的类心脏磁场波形，为心磁传感器的测试提供了良好的测试环境。所设计的亥姆赫兹线圈能够用于心磁传感器的测试工作，为心磁传感器的实际应用奠定了基础。     

基于正交三轴磁传感器测量误差探讨

文章基于磁偶极子辐射场理论,通过求解Maxwell方程建立磁场测量误差数学模型,利用MATLAB仿真计算分析了由传感器实际尺寸引起的测量误差随测量距离、传感器长度、及传感器直径的变化关系;从而得出了测量系统在一定条件下,测量误差相对各测量因素的变化曲线,这有助于在利用三轴磁传感器磁场测量时,分析测量误差及选择合适的传感器和测量点。     

MHD角速度传感器磁场设计研究

MHD角速度传感器是在轨进行高精度角颤振测量的关键器件。通过对2种MHD角速度传感器进行对比研究,确定径向磁场方式的传感器为更适宜我国当前空间发展需要的MHD角速度传感器。并设计了其径向磁场结构,获得在导电流体间隙处需要的磁感应强度,测试结果与模拟设计结果一致,为MHD角速度传感器研制奠定了一定的基础。     

基于逆磁致伸缩的索力传感器原理与影响因素研究

基于逆磁致伸缩效应,建立钢缆索索力传感器理论模型,分析了施加在缆索材料上的力信号(外力和应变)与磁信号(磁感应强度、磁场强度)之间的耦合关系.针对一种环式结构的索力传感器,对索力测量原理做了详细推导,可通过检测感应线圈的感应电压反映材料所受外力.传感器输出感应电压与空气间隙尺寸、外部激励磁场下的材料磁导率、激励磁场变化、加载外力变化等因素有关,重点分析了激励磁场变化和外力变化对传感器输出的影响.当外力是缓变力,可通过检测感应积分电压求得外力;当外力是交变力,直接通过感应电压求得外力;最后通过对磁场变化和外力变化影响分别进行了仿真,结果与理论分析基本一致,表明所建立的索力传感器理论模型可行.     

M型电磁传感器检测裂纹的仿真分析及参数优化

传统的脉冲涡流传感器采用圆柱式结构,其磁场大部分在空气中传播,造成能量的损失,因此该文设计M型电磁传感器在单线圈传感器上增加一个U型磁轭来提高磁场的利用率。通过ANSYS仿真软件对M型传感器与单线圈传感器检测不同深度的裂纹进行仿真对比,结果证明M型传感器的灵敏度高,信号强,同时对于传感器激励源参数进行优化。     

磁灵敏度测试装置的电机驱动技术的研究

在新的国际标准ISO/16063-33"振动与冲击传感器磁灵感度测试方法"中,要求测试装置中的传感器静止,磁场旋转。测试装置用电机带动磁线圈使磁场旋转,而传统的步进电机驱动技术由于运转噪音大,会使传感器的测量的不确定度增加。本文介绍一种恒频斩波恒总流尖峰的五相混合式步进电机驱动技术,通过软硬件设计使磁场旋转更加平稳,提高传感器磁灵敏度的测量精度。     

脉冲磁场传感器的设计与灵敏度修正方法

在武器设计研究中,对客体做闪光照相时需要用到脉冲磁场对某一个或几个用于聚焦打靶的电子束团进行调节。为清楚脉冲磁场的强度,分析时变聚焦的效果,基于法拉第电磁感应定律研制用于测量脉冲磁场的脉冲磁场传感器;同时,在分析传统传感器采用固定比例尺寸绕制的特点基础上,根据被测磁场源幅频特性,设计合理尺寸的单匝线圈作为传感器的探头线圈,克服了传统线圈中热噪声电压和由于匝数较多导致的对二次仪表不良影响,并提出解决单匝线圈在测量时"点"性不好的方法。通过实验数据和理论值的对比,验证了方法的有效性。     

基于STM32的磁检测系统和扫描检测算法研究

结合电磁检测、传感器技术、信号处理和单片机技术,研究开发了一种基于STM32的磁检测系统.该系统主要包括上位机控制软件、下位机微控制器、磁传感器模块和机械运动平台等,其中上下位机间进行串口通信,完成运动参数和控制指令的设置及扫描位置信息和检测磁场信息的存储和实时显示;通过对扫描运动算法的研究,结合步进电机控制原理,实现了多参数可调节、点阵式、空间大区域的扫描运动;三维霍尔磁传感器实现对空间任意位置磁场矢量的检测,同时反映磁场的大小和方向信息.该系统的检测实验结果表明:磁场检测数据完整,能够展现磁场的空间矢量分布和平面云图分布;三维扫描式检测运行平稳、参数设置灵活多变;整个检测系统性能稳定可靠、效率高,能够实现对目标区域磁场的有效、快速检测.     

曲面间隙测量电涡流传感器探头的性能研究

针对曲面间间隙测量的实际应用,从电涡流传感器的检测原理出发,对传感器探头的测量性能进行了研究．在平面线圈磁场分布计算的基础上,通过修正得到了曲面线圈的磁场分布规律,进而对线圈的测试性能进行分析和预测,实现了线圈参数的优化设计．同时,对曲面测量的各种影响因素进行了分析和试验验证,为电涡流传感器应用于曲面测量提供参考和依据．     

基于集成霍尔传感器的脉冲涡流无损检测装置

脉冲涡流是近几年新发展起来的一种无损检测技术 ,与传统涡流不同 ,脉冲涡流通过测量磁场最大值出现的时间来确定缺陷的位置。本文采用集成霍尔传感器来对脉冲涡流产生的磁场进行测量 ,试验结果证明集成霍尔传感器使用简单、灵敏度高 ,适于在低频时对弱磁场进行定量检测。     

磁力线集聚器磁场矢量选择特性研究

针对现有微型传感器弱磁场探测精度不高的问题,通过外置磁力线聚集器,探究该集聚器对磁场矢量的选择特性,来提高磁传感器的灵敏度。在磁力线集聚器上施加不同方向的磁场,利用ANSYS有限元软件仿真进行数值模拟,分析集聚器空气间隙磁场放大的三分量,研究该磁力线集聚器对磁场的矢量选择特性,并针对不同平面矢量磁场,分析磁力线集聚器轴向磁场强度的放大倍数,使用高磁导率材料制作磁力线聚集器。实验表明:将矢量磁场施加在不同平面,磁力线集聚器矢量选择性较好,放大特性较好,在弱磁场环境下,磁测精度有所提高。     

一种工频电场与工频磁场检测装置研究

针对高压线路、变电站附近的工频电场与工频磁场检测问题,研究一种基于STM32F407 ARM控制处理器的电场与磁场测量装置。设计一种基于金属球形电容的电场传感器实现工频电场强度测量,该装置采用磁阻传感器探测工频磁场强度,利用高精度仪表放大器AD620和16位8通道同步数据采集A/D转换模块实现对电场和磁场弱信号的放大与同步采集。根据传感器的特性,系统采用高阶多项式数据拟合算法可有效抑制磁场传感器的非线性影响,减小测量误差。试验结果表明:该装置测量稳定,便携性好,能够同时测量空间环境的工频电场与磁场强度,对工频电磁环境的监测有一定的参考意义。     

测试传感器磁灵敏度的一种新方法

本文提出一种测试传感器磁灵敏度的新方法。该方法不必旋转传感器,待测传感器置于旋转磁场中,与周围环境隔离。此时传感器的输出信号是磁场引起的输出信号,从而消除了机械振动及噪声的影响。文中还给出用该方法测试一些传感器的测量结果。     

地磁检测器车辆检测波形分析

本文介绍了采用各向异性磁阻传感器,利用交通流测试实验系统研究车辆经过不同介质时传感器的磁场扰动,并对采集到的波形进行聚合分析得到车辆通过传感器时的特征信息,以判断部分非铁磁介质对传感器的影响程度。     

基于卡尔曼滤波的旋转弹药弹体磁场校正方法

针对弹体磁场严重影响旋转弹捷联地磁传感器的测量精度这一问题,提出一种基于卡尔曼滤波算法(Kalman filter, KF)的弹体磁场校正方法。利用固定磁场和感应磁场模型,将弹体磁场误差系数转换到椭球参数方程上,从而得到卡尔曼滤波的观测方程。为提高算法的鲁棒性,采用事先标定法建立初始条件。根据卡尔曼滤波原理,给出辨识参数在线更新的实现步骤,推导弹体磁场的校正过程。仿真试验中,通过事先标定法选取初值提高待估参数2倍的收敛速度。转台试验中,弹体磁场校正后的磁测误差接近磁传感器的测量噪声,滚转角解算精度优于1°。试验验证该算法可在线更新弹体磁场误差系数,实现弹体磁场的高精度补偿。     

一种便携式角速度传感器

角速度是旋转系统或传动装置进行状态监测的重要参数。设计了一种新结构、无旋转部件的便携式瞬时角速度传感器。该传感器的工作原理是永磁磁钢建立恒定磁通,被测旋转装置的转动部件切割该恒定磁场后形成涡流,涡流产生的磁场与传感器的霍尔元件相互作用产生霍尔电势,该霍尔电势的幅值与被测旋转装置的角速度成正比。根据磁路的基本定律推导出传感器的输出特性,并对输出特性进行了实际的测定,结果表明:传感器的灵敏度为16.8mV·s/rad,非线性误差为1.24%。     

双轴微磁通门传感器

设计和制作了一种双轴微磁通门传感器.这种微型传感器为螺线管型,磁芯设计为矩形环状闭合结构,磁芯每条边上均绕有激励线圈和检测线圈,保证传感器能够同时检测X轴和Y轴两个方向上的弱磁场.采用了MEMS技术制作微型传感器,其中磁芯用电镀的方法获得,材料为Ni0.8Fe0.2坡莫合金,厚度51μm.制作出的微型传感器的尺寸为7×7mm2,单元内部最小线宽为50μm.检测了线圈的电气导通性,测得电阻值为110欧姆.该微型传感器能够检测弱磁场,因此可用于航天、医学和军事等领域.     

基于电容检测MEMS磁传感器的设计与制作

为实现微型化、低功耗、低成本和高灵敏度的磁传感器,提出了一种基于微型磁扭摆结构的磁传感器,并利用对角度变化非常敏感的差分电容检测技术对磁扭摆的扭转角度进行检测．设计的磁传感器包括微扭摆结构、磁性敏感薄膜和差分检测电容等部分．分析了器件的磁敏感原理和电容检测原理,给出了器件的结构参数和综合设计考虑．利用体硅加工工艺成功制作出了磁传感器样品,并进行了实验测试．测试结果表明磁传感器有良好的线性度和重复性,其磁场检测的电容灵敏度可达到0．2fF／Gauss．根据对磁传感器的热噪声分析,可得到磁传感器最小可分辨的磁场为6．72μT．该磁传感器结构简凑、工艺简单,无需电流激励,大大降低了磁传感器功耗．     

基于AMR传感器SET/RESET功能的磁场精确测量技术

针对惠斯通电桥形式实现的四端式AMR传感器存在电桥偏置,在磁场测量的过程中其输出信号经放大采集时出现饱和截止的问题。该文提出一种基于AMR传感器SET/RESET功能的磁场精确测量方法,该方法通过置复位脉冲激励的双端输出翻转补偿,抵消电桥偏置,补全单端截止的输出。实验采用现在标定精度最高的最小二乘椭球拟合标定算法,对AMR传感器进行标定,通过对比椭球拟合图的完整性来评价方法的可靠性。该方法解决传感器的输出受限,拓展传感器的应用环境,满足高精度磁场测试领域,由于只在算法层面进行数据补偿,避免硬件操作,方法简易,具有一定的实用价值。