基于小波去噪的快速定向系统研究

基于巨磁阻传感器的快速定向系统精度高，功耗小，文章介绍了该定向系统的组成及工作原理，利用巨磁阻传感器测量地磁场，得到了测量数据。并利用小波分析对其进行去噪处理，提取地磁场信号特征，进而实现快速准确定向。最后简单分析了该定向系统的应用前景。     

基于加速度传感器和磁阻传感器的空间三维角测量仪的设计

通过描述地球重力场、地磁场和实际测量传感器3轴之间的关系，阐述了空间三维角的测量原理，再结合加速度传感器和磁阻传感器的原理及其误差分析，给出了测量空间三维角的软硬件设计。     

基于加速度传感器和磁阻传感器的空间三维角测量仪的设计

通过描述地球重力场、地磁场和实际测量传感器3轴之间的关系,阐述了空间三维角的测量原理,再结合加速度传感器和磁阻传感器的原理及其误差分析,给出了测量空间三维角的软硬件设计.     

基于异向性磁阻传感器的车辆检测与车型分类

根据行驶车辆对地磁场的扰动效应,采用三轴异向性磁阻传感器HMC58831设计了一种车辆检测与车型分类系统,通过软硬件相结合的方法克服了磁阻传感器输出信号基准值漂移对车辆检测的影响,针对车辆首尾相接与大型车辆的检测矛盾,提出了一种基于方差的多状态机自适应阈值车辆检测算法,并在检测出车辆的基础上,利用磁阻传感器三轴磁场信息提取车辆信号特征,选择算法复杂性低、分类能力强的BP神经网络对城市道路车辆进行分类,实际测试结果表明,本文车辆检测与分类算法测量精度高、鲁棒性强,可靠性及冗余度好.     

基于GMR传感器的三轴电子罗盘

针对现有大多数罗盘精度不高的问题,设计了一款基于新型巨磁阻(GMR)传感器芯片的三轴电子罗盘测量系统。该系统采用3个巨磁阻传感器芯片来测量地磁场矢量,采用三轴加速度传感器来测量载体的横滚角和俯仰角,在MSP430单片机中实现姿态转换、航向解算,最终通过RS232接口把航向角数据传输到电脑上。通过对影响罗盘测量精度误差来源的分析,提出了相应的自动校正和磁场补偿算法;在有外界磁场干扰的情况下,采用三维旋转校准,以保证罗盘能够达到较高的精度。研究结果表明,无论是否有外磁场干扰,罗盘经过校准补偿后精度都能够达到1.5°,从而验证了所设计的罗盘能够有效的对磁场干扰进行补偿。     

基于巨磁阻传感器的无线车位探测器

为解决现有车位探测器无法在露天场所和恶劣天气中使用的问题,根据车辆经过会引起地磁场扰动这一现象,将高灵敏度巨磁阻传感器和ZigBee技术应用到车位探测器中。开展了巨磁阻传感器在车底路面不同位置的响应分析,建立了巨磁阻传感器输出与车底探测位置之间的关系,采用了国产磁传感器SAS03-1作为敏感元件,搭配信号处理电路对磁场信号进行了处理,由CC2530芯片自带的A/D转换器采集信号,通过Z-Stack协议实现了组网传递;在LabVIEW编写的上位机界面上对车辆探测器进行了性能评价。研究结果表明,该探测器能实时采集车辆引起的地磁场变化,从而判断车辆的有无,不仅功耗低,而且安装方便,具有一定的实用性。     

基于MEMS传感器的旋转永磁体定位技术

基于地磁场的随钻测量系统具有问题:进行轨迹拟合时存在误差积累;在地磁场受干扰时无法进行准确定位.使用永磁体进行定位可以消除以上问题.利用永磁体的磁场模型,建立了旋转永磁体定位模型,利用MATLAB对模型的数学特性进行了分析.提出了基于旋转永磁体的曲线拟合定位算法,并给出了算法实现流程.基于3轴MEMS加速度计和3轴MEMS磁阻传感器搭建了测量系统,并在实验室环境下进行了模拟实验,定位精度达到cm量级.     

各向异性磁阻传感器的原理及其应用

详细介绍了各向异性磁阻传感器的物理机理，并以HMC1002为例说明其测量原理、芯片以及电路的主要特点，给出了弱磁测量的结果与分析。将HMC1001，HMC1002与倾角传感器相结合，可用于姿态的测量。并介绍了其在场源相关性识别中的作用和应用电路。分析了各项异性磁阻传感器的优点及前景预测。     

磁记忆拉伸应力测量中外磁场干扰的影响

利用磁记忆技术进行杆索钢构件拉伸应力测量时,作为激励磁场的地磁场极易受到外界干扰,极大地降低了测量精度.为研究外磁场干扰对测量精度的影响,建立了力磁耦合理论模型,推导出传感器输出与拉伸应力、地磁场和干扰磁场的关系式.用永磁体模拟干扰磁场,控制其与传感器的相对位置可改变干扰方式,分别测试不同干扰下传感器输出与构件拉伸应力的关系.试验结果与理论分析一致:当干扰磁场较强,比地磁场高一个或几个数量级时,传感器输出曲线斜率和截距均受影响而变化;当干扰磁场较弱,与地磁场同数量级或更弱时,斜率变化可忽略,但截距仍变化较大.对于实际工程测量中弱磁场干扰情况,根据其影响特征,提出了一种差动式消除方法,提高了测量精度.     

一种基于各向异性磁传感器的车辆检测方法

针对目前车辆检测方法受环境影响大、精度低、成本高和安装维护复杂等问题,文章提出一种基于各向异性磁阻效应的车辆检测方法,利用两个各向异性磁阻传感器组成三轴检测电路,通过检测车辆对地磁场的扰动来进行车辆检测。详细了介绍了地磁检测原理、硬件构成和软件设计,实验结果证明利用该地磁检测模块进行车辆检测有一定的优势。     

时栅位移传感器在构造场中的耦合特性研究

为了进一步溯源时栅位移传感器磁场耦合过程引起的误差,对时栅位移传感器在构造场中的耦合特性进行研究,并研制了一种基于指数形平面线圈结构的新型直线时栅位移传感器。建立传感器工程构造磁场的数学模型,分析传感器耦合间隙对线圈耦合平面磁场分布的影响,研究不同形状平面线圈的耦合特性;根据传感器的耦合特性,构建了一种新型直线时栅位移传感器测量模型,对该模型进行了电磁场有限元仿真和仿真误差分析,得出该结构最佳感应间隙为0.4 mm;对传感器的结构误差进行了溯源分析,进一步优化传感器的结构;搭建实验平台,利用双层PCB绕线工艺加工传感器定尺和动尺,对优化前后的传感器样机开展对比实验。实验结果表明,设计的基于指数形平面线圈结构的新型直线时栅位移传感器可以有效抑制传感器的四次误差,新研制的传感器样机的原始测量精度在原有的基础上提高了45.8%。     

基于气隙磁场分层耦合的直线时栅位移传感器研究

针对前期研制的电磁式直线时栅位移传感器高信噪比和高时间插补分辨力难以兼顾的问题,设计了一种提高传感器信噪 比的新传感器结构,另外提出了一种高信噪比、高时间插补分辨力的测量新方法,并研制了基于气隙磁场分层耦合的直线时栅位 移传感器。 建立传感器气隙磁场数学模型,分析气隙磁场空间分布特性,研究平面线圈气隙磁场分层耦合的原理;根据气隙磁场 分层耦合原理,建立传感器气隙磁场分层耦合位移测量模型;对传感器测量模型进行电磁场仿真和误差分析;最后,搭建实验平台 进行对传感器的性能进行测试。 实验结果表明,采用气隙磁场分层耦合的结构提高了传感器的信噪比,传感器的测量精度在原有 的基础上提高了 31. 4% ;采用的高信噪比和高时间插补分辨力测量方法,传感器的测量精度在原有的基础上提高了 37. 3% 。     

Rotating-coil calibration in a reference quadrupole,considering roll-angle misalignment and higher-order harmonics

A method is proposed for calibrating the radius of a rotating coil sensor by relaxing the metrological constraints on alignment and field errors of the reference quadrupole. A coil radius calibration considering a roll-angle misalignment of the measurement bench, the magnet, and the motor-drive unit is analyzed. Then, the error arising from higher-order harmonic field imperfections in the reference quadrupole is assessed. The method is validated by numerical field computation for both the higher-order harmonic errors and the roll-angle misalignment. Finally, an experimental proof-of-principle demonstration is carried out in a calibration magnet with sextupole harmonic.     

高灵敏度光纤磁场传感器的设计与模型研究

根据磁致伸缩效应和光纤腔衰荡技术设计了高灵敏度的磁场传感器。基于Jiles-Atherton模型、二次畴转模型和光纤衰荡技术波长解调原理,建立了磁场传感器的数学模型,模型反映了磁场-应变-光纤腔衰荡时间之间的耦合机制。对不同预应力作用下Terfenol-D棒的磁致伸缩输出应变、衰荡时间、系统灵敏度与磁场之间的变化规律进行了理论分析和仿真研究,结果表明,该传感器具有很高的灵敏度,可通过改变预应力实现不同量程范围内的磁场测量,研究可为发展新型的高灵敏度磁场传感器提供了理论指导。     

马赫-曾德尔干涉集成化的全光纤磁场与温度传感器

为了简化光纤磁场与温度传感器的结构并提高传感器灵敏度,设计并制作了马赫-曾德尔干涉集成化的全光纤磁场与温度传感器。将单根光纤的马赫-曾德尔模间干涉结构和双臂马赫-曾德尔干涉结构结合:将总长度为1.2m的单模光纤部分制备成长度为2.7cm、锥腰直径为30.1μm的锥形微纳光纤,并得到了拉锥时间与锥腰直径的关系。将锥形微纳光纤放置尼龙槽内并包覆磁凝胶构成传感头,实现模间干涉的马赫-曾德尔磁场传感器;将磁场传感器通过两耦合比为50%∶50%的耦合器并联带有可调谐光衰减器的单模光纤形成马赫-曾德尔干涉的温度传感器。从理论上分析了光谱漂移对磁场和温度传感的特性关系,实验测得室温下磁场强度在25~50mT时,磁场传感的灵敏度为0.301 14nm/mT;在磁场强度为0,温度由25℃升高到30℃时,温度传感的灵敏度为0.518 86nm/℃。该传感器可广泛应用于电力系统放电检测、材料加工、安全监控等领域。     

Quantitative current measurements using scanning magnetoresistance microscopy

We have demonstrated the capability of scanning magnetoresistance microscope (SMRM) to be used for quantitative current measurements. The SMRM is a magnetic microscope that is based on an atomic force microscope (AFM) and simultaneously measures the localized surface magnetic field distribution and surface topography. The proposed SMRM employs an in-house built AFM cantilever equipped with a miniaturized magnetoresistive (MR) sensor as a magnetic field sensor. In this study, a spin-valve type MR sensor with a width of 1 microm was used to measure the magnetic field distribution induced by a current carrying wire with a width of 5 microm and a spacing of 1.6 microm at room temperature and under ambient conditions. Simultaneous imaging of the magnetic field distribution and the topography was successfully performed in the DC current ranging from 500 microA to 8 mA. The characterized SV sensor, which has a linear response to magnetic fields, offers the quantitative analysis of a magnetic field and current. The measured magnetic field strength was in good agreement with the result simulated using Biot-Savart's law.     

不锈钢表面裂纹方向电磁检测方法

针对传统交流电磁场检测表面不定方向裂纹容易出现漏检的问题,研究了旋转磁场下感应电流方向、裂纹方向变化对平板表面裂纹检测幅值的影响,推导了裂纹走向角度与平面磁场分量波谷幅值的关系表达式,从检测机理角度提出了裂纹方向判定方法及影响因素.建立了奥氏体不锈钢表面裂纹交流电磁场检测有限元仿真模型,开发了基于双U形激励和高分辨率隧...     

外磁场方位及磁珠位置和团聚对巨磁阻生物传感器检测的影响

实现GMR生物传感器对磁珠及其偶联的生物分子的定量检测,必须考虑磁场方位及磁珠位置和磁珠团聚对检测方法的影响。本文首先利用Comsol软件模拟了这3个因素对GMR传感器输出信号的影响,模拟结果表明,外磁场倾斜、磁珠位置偏离电阻条中心和磁珠团聚均会使信号减小,其中外磁场倾斜影响尤甚;当外磁场倾斜为0.5°时,磁珠的信号会减小80%。为了与模拟结果进行比对,制备了与模型相同的线宽为5μm的GMR生物传感器,并测量了输出信号与磁珠覆盖率的关系。测试结果显示,二者呈线性趋势,但与线性关系存在一定程度的偏离。另外,当磁珠覆盖率为23.6%时,实验测得的信号为63μV,比模拟结果的247μV偏小。实验显示这两种偏差均源于前述3个因素对GMR信号的影响。因此,用GMR传感器对磁珠进行定量检测时,为使信号大小与磁珠个数呈线性关系,应保证以下测试条件:外磁场尽可能垂直于传感器平面;测试过程中外磁场倾斜角不能变化;设法使磁珠集中于电阻条中间区域;尽量保证磁珠不团聚。     

偏置磁场对磁致伸缩液位传感器检测电压的影响

为了提高磁致伸缩液位传感器的检测精度,研究了磁致伸缩液位传感器中产生偏置磁场的浮子磁铁的放置方式及其对检测电压的影响。利用ANSYS软件对浮子磁铁不同放置方式下形成的偏置磁场进行了有限元分析,分析显示:采用3块磁铁互成120°N极N极S极(NNS)放置或者采用圆环磁铁作为偏置磁场时检测效果比较理想。实验研究了磁致伸缩液位传感器的偏置磁场对检测电压的影响,并在浮子磁铁不同放置方式下进行多次实验。结果表明:偏置磁铁为3块磁铁互成120°NNS放置时或者为圆环磁铁时,检测电压的幅值达到50mV,比其它放置方式提高了近30mV。研究表明:磁致伸缩液位传感器应选择3块磁铁NNS放置或者选择圆环磁铁作为偏置磁场。     

FeGa 膜 / AT 切石英晶片双面复合蝶形谐振磁场传感器

蝶形磁致伸缩膜由于磁汇聚,其中心区域的磁致伸缩应变增强,但是和矩形 AT 切石英晶片复合时,磁膜耦合至矩形晶 片电极区的应变会向周围无磁膜区域扩散,降低应变对晶片厚度剪切振动的作用,降低磁场传感器灵敏度。 提出 AT 切石英晶 片和 FeGa 膜形状一样的蝶形谐振磁场传感器,蝶形晶片可以将蝶形磁膜增强的晶片应变汇聚至晶片电极区,以提高传感器灵 敏度。 仿真结果预测,在 23. 8~ 118. 9 Oe 的磁场范围内,蝶形结构的灵敏度为蝶形磁膜/ 矩形晶片结构的 3. 73 倍。 通过微机械 加工,制作了蝶形器件,对实际器件测试的结果表明,在 76. 4~ 117 Oe 的线性区间内,蝶形传感器的灵敏度可达-29. 08 Hz/ Oe。