一种正弦波磁通门传感器激磁系统的设计

针对方波激励磁通门易出现谐波干扰问题,提出一种采用正弦波激励磁通门的激磁系统。给出了总体设计方案,设计了信号发生器,信号调理电路和功率放大电路,并给出了激磁信号波形、频率和电流等关键参数的设计性能指标。搭建了系统测试平台,分析了在不同激磁波形下磁通门传感器的输出波形变化,实验结果表明：应用本系统能够得出正弦激励下磁通门最佳灵敏度的激磁工作频率为16 kHz,在此激励作用下,测试平台测得磁通门传感器的灵敏度是110 V/T。     

基于三端式磁通门传感器的弱磁测量系统设计

利用三端式磁通门传感器测量微弱低频弱磁信号原理,设计了磁通门测磁系统用于测量不同质量的磁性材料。该系统可以直接测量一定质量的磁纳米粒子感应磁场强度并将其转化为直流值电压,然后让电压值与质量建立对应关系。在分析三端式磁通门传感器的工作原理的基础上,基于二次谐波法,设计了包含差分放大、选频放大、带通滤波、相敏检波和低通滤波的测量电路,然后在此基础上设计了差分式双探头磁通门传感器弱磁测量系统,最后通过实验测试和数据采集与分析,证明利用此种原理设计的测量系统可以检测不同质量的磁性材料。     

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。     

高精度磁场式时栅传感器激励信号对测量误差的影响分析及系统设计

为提高磁场式时栅传感器测量精度,本文从理论上推导分析了时栅传感器激励信号源幅值和相位不一致产生的谐波成分对时栅传感器测量精度的影响,提出了一种基于DDS原理并采用完整闭环调节的高性能时栅激励信号源设计方案。以FPGA为微处理器,通过编程分频系统时钟,设置频率、相位控制字对DDS输出的信号频率、相位进行调节,使用增益控制器配合相位累加器实现相位到幅值精确转换。搭建了信号调理电路和信号反馈电路,通过实时对比反馈控制,解决了系统电路阻抗不匹配及干扰导致的激励信号相位不正交性和幅值不一致性的问题。实验结果表明：本文所设计的激励信号源输出信号幅值相对误差只有0.4%,正交性相对误差只有0.05%,并且采用该激励信号源,磁场式时栅传感器测角原始误差从±103.4"降低到了±20.3",有效抑制由于激励信号源幅值不一致和相位不正交带来的谐波误差。经修正后对极内角位移测量误差只有±1.3",整周角位移测量精度达到±2",满足高精度位移测量要求。     

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.     

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。     

可用于低转速测量的锑化铟齿轮转速传感器设计

对锑化铟铟共晶薄膜磁阻元件的齿轮转速传感器电路进行了研究。提出了磁阻三端式信号采集电路和阻容耦合放大的信号处理电路。实验证明：这种信号采集电路输出的信号约是两端型的输出的两倍;传感器的检测距离为≤5mm;传感器能够实现对低转速的测量,检测工作频率2～5kHz之间。     

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。     

基于变间隙平板电容传感器的柴油氧化性研究

基于柴油介电常数测量原理,研制了变间隙式平板电容传感器。根据测量要求,设计了传感器外围辅助电路,其中,核心控制部分采用AT89C51单片机,激励信号源采用AD9852,产生不同频率、幅值的正弦信号施加于检测和参比传感器,通过后续放大、滤波及A/D转换,将所得信号转换为与介电常数相关的无量纲数据。通过变间隙测量不同氧化程度的柴油样品,考察了传感器的重复性和差异性,确定了其最佳理想距离为0.6 mm。     

适用于在线检测的涡流检测系统研制

为了准确地测量核反应堆中石墨球的数量,以及把存在缺陷的石墨球筛选出来,研制了适用于在线检测的数字化涡流检测系统.论述了其硬件电路,该电路可产生性能良好,频率、幅值稳定的激励信号,频率范围为0～5 MHz;结合上位计算机、数据采集模块以及LabVIEW虚拟仪器软件平台,实现了信号的采集、分析、处理与显示.结果表明,该系统可以精确测量石墨球的个数和准确筛选出有缺陷的石墨球.     

MEMS micro fluxgate sensors with mutual vertical excitation coils and detection coils

As a classic Earth magnetic field sensor, fluxgate magnetic sensors have great potential applications in many fields. This paper presents a new 3D micro-solenoid fluxgate magnetic sensor based on the MEMS technique. The excitation coils were placed vertically to the detection coils on the chip plane, around a rectangular shaped magnetic core. Polyimide was used to insulate coils and magnetic core. Width of copper conductor lines is 50 μm, and line space is 50 μm. The design of such fluxgate magnetic sensor followed second harmonic signal selecting method. Phase-lock amplifier was used to get second harmonic signal output by detection coils. The linear range of 0–80 μT with sensitivity of 6.7 V/T was achieved from the fabricated sensor with excitation current of 430 mA and the operational frequency of 40 KHz. As the excitation current was 470 mA, linear range of 0–50 μT with sensitivity of 21.7 V/T was achieved.     

电力变压器直流偏磁检测方法研究

电力变压器发生直流偏磁会引起变压器异常运行甚至损坏,而现有的方法不能准确检测其偏磁状态。本文提出一种新结构的磁通门传感器,该传感器从变压器铁芯磁通中提取部分分量,采用脉冲幅值法量化传感器的检测线圈输出信号从而表征变压器偏磁程度。作为验证,本文设计样机并采用10kVA电力变压器进行实验。实验结果表明,当外加偏置电流从0A到0.5A变化时,磁调制输出信号幅值呈单调变化。     

Low power integrated fluxgate sensor with a spiral magnetic core

Facing the new integrated applications, coordination between three parameters of the micro fluxgate sensor, namely, sensitivity, power consumption and operation range, is the key to make the applications come true. This paper reports a new low power micro integrated fluxgate sensor with low cost solution. A spiral electroplating permalloy magnetic core is introduced to reduce excitation current. Due to the design of little coils resistance and thick magnetic core, the fluxgate sensor exhibits a power consumption of 7.35 mW, a sensitivity of 117 V/T and a linear range of −200 to 200 μT. Compared with the constant-width magnetic core and the multi rectangular ring magnetic cores, experiment results show that the spiral magnetic core benefits both smaller excitation current and higher sensitivity. The newly developed fluxgate sensor maintains high sensitivity and wide linear range with low power consumption.     

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.     

双分量环形磁通门测斜传感器测量原理分析

在地下勘测,钻井探矿等领域,需要测斜仪对钻头的姿态进行精确定位与控制,实时监测地底下钻头的姿态变化。现有的测斜仪通常为三分量磁通门传感器与三分量加速度传感器相结合,其结构复杂,且磁通门传感器与加速度传感器的轴向要求方向一致,因此需要人工调节与算法调节,加大了前期传感器布置与补偿的计算难度。本文研究了新型测斜传感器,采用环形铁芯设计和铁芯不固定的方法,设计了双分量环形磁通门传感器,并通过铁芯与磁通门传感器的敏感轴方向上磁通量之间的角度关系,通过三维坐标轴旋转计算得出测量被测物体的俯仰角等姿态变化。经过试验表明,新型测斜传感器能对物体的姿态角进行精准测量,精度高,且省去了加速度传感器,简化了传感器结构和测量参数,并且简化了角度测量算法与正交度补偿算法。     

Maximum energy transfer conditions in parametric amplification of current-output fluxgate sensors

This paper analyzes the process of energy transfer between the excitation and the detection circuit of the current-output fluxgates. A physically instructive explanation of the energy transfer process is given by utilizing a “mechanically excited” model, and the phase matching equations of the maximum energy transfer conditions are derived. The calculated value of the tuning capacitor fit the experimental value well with a deviation of 5%. The experimental results have confirmed that the derivation of the maximum energy transfer conditions provides a simple model in which the excitation characteristics are associated with the detection circuit of fluxgate sensors.