基于磁场积分方程法的磁通门瞬态分析

利用静态积分方程法来分析设计磁通门,虽然能够使计算时间大大减少,而且在精度方面也可以达到磁通门的要求,但是静态积分方程法没有准确考虑频率的影响,只能对磁通门进行准静态分析,而对磁通门进行瞬态分析的问题未能得到解决。本文根据磁通门铁芯特点,研究了基于磁场积分方程法的磁通门准静态分析模型,在此基础上,对其数学模型改进,建立了可以对磁通门进行瞬态分析的数学模型。最后以长条形磁通门为例验证了模型,仿真与实验结果符合良好。     

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。     

磁通门磁强计感应回路的稳态解析模型

针对磁通门磁强计感应回路中调谐电容对灵敏度的影响,提出了磁通门感应回路的分段解析稳态模型,计算了不同调谐电容值时的感应电流波形及峰-峰值.计算与实验的对比表明,感应波形之间相关系数均大于0.98,峰-峰值p平均计算误差小于3%.调谐电容在±8%内变化时,引起的磁通门灵敏度变化为大于37%.本文提供的磁通门感应回路稳态模型能够用于精确描述输出电流性质,为研究磁通门系统的温度稳定性提供分析和参考.     

长条形阵列铁芯磁通门性能研究

为了提高微型磁通门传感器的性能，本文改进铁芯结构，基于MEMS工艺制作了35组不同结构的长条形阵列铁芯。利用双铁芯线圈结构磁通门对制作的35组长条形阵列铁芯进行了磁通门性能指标的测试，分析了长条形阵列铁芯排列密度以及单条铁芯宽度对磁通门最佳激励电流、线性范围、灵敏度以及噪声的影响规律。研究结果表明，当单条铁芯相邻宽度为35μm以及单条铁芯宽度为60μm时，长条形阵列铁芯的磁通门综合性能指标优于传统薄膜铁芯的磁通门性能。     

基于Magnet-MATLAB的微型磁通门联合仿真研究

针对Magnet在微型磁通门仿真分析时时间过长的问题,提出了一种将Magnet与MATLAB联合进行仿真分析的方法.基于Magnet建立磁通门探头3D模型,经仿真计算,得到被测磁场对应的感应线圈磁通;联合MATLAB将得到的感应线圈磁通转换为等效的小电流,经与激励电流叠加后,通过软件Flux提供的公式分别计算出受被测磁场影响下感应线圈磁通的变化情况;总磁通对时间求导,获得感生电压.在微型跑道型铁芯磁通门条件下,通过对Magnet仿真与Magnet-MATLAB联合仿真的计算结果比较表明:当外磁场小于5 μT时,2种仿真磁通门输出信号最为接近;与对全模型采用Magnet仿真计算用时超过30 h相比,联合仿真计算时间大幅减小,不超过10 min.     

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.     

基于多孔铁芯的微型磁通门低功耗技术研究

微型磁通门的功耗主要由最佳激励电流决定,多孔结构铁芯能够减小微型磁通门传感器的最佳激励电流,从而有效降低功耗。采用Magnet有限元仿真软件,建模分析多孔结构铁芯对微型磁通门最佳激励电流的影响,并总结了相关规律,结合MEMS的工艺,对孔的尺寸做出了设计。将实测结果和仿真结果进行对比,验证了这一规律的有效性,从而能够较好的估算孔的尺寸对最佳激励电流的影响,为模型的进一步完善和微型磁通门的结构设计提供理论和实验依据。     

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.     

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。     

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。     

Output performance optimization for RTD fluxgate sensor based on dynamic permeability基于动态磁导率参数的时间差型磁通门传感器的输出响应优化

The output performance of residence times difference (RTD) fluxgate may vary under different driving conditions (driving currents and frequencies) and core materials. To optimize the RTD fluxgate and simplify its design process, an analytical model is employed to select the parameters and identify the effective factors that dominate the performance. The dynamic permeability parameters (P_i), which reflect the changes in the magnetization curve, are mathematically analyzed in detail. The linear variation functions of P_i in different driving conditions are fitted by using the dynamic arctangent hysteresis model. Consequently, the selection of driving conditions and core materials, which are assessed by comparing the experiment and simulation results, has an important role in achieving the optimal output performance of the RTD fluxgate.     

基于单片机的数字磁通门传感器

主要研究了一种数字磁通门传感器.这种传感器采用单片机的A/D对磁通门输出信号进行采样.采样后的数据通过串口送给计算机进行运算,并得到最终的输出量.该传感器对地球磁场进行了测量.结果显示:它的误差较小,改善了传统磁通门传感器的温度性能,提高了输出信号的稳定性.     

基于Matlab的光伏阵列数学模型的研究

通过对单体光伏电池的物理模型的研究,给出了易于求解、便于仿真的光伏阵列的数学模型,该模型可以计算在任一环境温度、太阳辐射强度下光伏电池的I-V特性;以该模型为基础,在工程误差允许的范围内,给出了可行的最大功率点的计算公式。Matlab仿真结果表明,光伏阵列的输出特性随温度和光强的变化而变化,并且光伏阵列I-V和P-V特性呈非线性;在不同光强和温度下,光伏阵列最大功率点不同,它能较好地反应光伏阵列的实际特性。     

A low power micro fluxgate sensor with improved magnetic core

The influence of an improved magnetic core on the micro fluxgate sensor about sensitivity and power consumption is investigated and discussed in this paper. We have fabricated the micro solenoid fluxgate sensors based on the MEMS technologies, with the electroplating permalloy cores, which are easy to process and used in common; and the amorphous soft magnetic ribbon cores, which have better soft magnetic performances but be hard to be integrated, respectively. Four magnetic core structures are designed, including rectangular structure, unequal width rectangular structure, multi rectangular ring structure and spiral structure. Spiral structure can improve the performances of the fluxgate sensor significantly, both sensitivity and power consumption. The micro fluxgate sensors with the amorphous soft magnetic ribbon cores are promoted in all aspects than those with the electroplating permalloy cores, including ultra low power consumption of 2.4 mW with unequal width rectangular structure, and high sensitivity of 118 V/T with rectangular structure in wide linear range of 0–800 μT.