基于异或运算相敏整流的数字磁通门设计

针对模拟电路磁通门温度特性差,数字电路磁通门占用接口多且反应慢的难题,提出了一种基于异或运算相敏整流电路的数字式闭环磁通门传感器.该异或运算电路是将高速AD采样得到的二次谐波信号与参考方波信号进行异或逻辑运算后经高速DA完成了数字相敏整流功能.采用基于异或运算相敏整流电路的磁通门系统既改善了温度特性,同时也节约了数字接口,减少了数字处理器的运算负担.通过实验测试,结果显示:系统测量范围为±62900 nT,线性度为2.8×10-4,分辨力约为2 nT,磁通门反馈回路的-3 dB带宽约为240 Hz.     

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FPGA的数字磁通门信号处理

本文针对磁通门信号采集与处理的具体特点,对基于FPGA的磁通门数字信号处理系统进行了研究.该系统采用A/D转换器对磁通门输出信号进行采样,采样后的数据通过FPGA进行数据处理,再通过USB串口送给计算机进行运算,并得到最终的榆出数据.应用该系统对地球磁场进行了测量,结果显示:它与实际数据之间的误差较小,改善了传统的磁通门信号处理的模拟电路的温度性能.提高了输出信号的稳定性.     

闭环反馈式数字磁通门传感器

针对传统磁通门传感器模拟电路温度性能相对较差的问题,研究了一种闭环数字磁通门传感器。利用高速A／D直接采样传感器信号,用单片机进行数字信号处理,再经D／A转换输出反馈信号。详细介绍了传感器的硬件结构和软件设计,并用该传感器对地磁场进行了测量试验。结果显示：它的零位温度系数为6．7×10^-10／℃,灵敏度温度系数为2．5×10^-4／℃,线性度达到了5．4×10^-3。     

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。     

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.     

数字磁通门传感器的自动相位对准

三轴数字磁通门传感器信号处理电路的延时(相位延迟)及各轴延时不一致,影响数字滤波器的输出性能。提出了基于加权最小二乘法的互功率谱相位法计算延时的方法,针对该数字滤波器的特性,选择传感器的不同谐波信号对比分析相位延迟计算的精度,并设计了传感器的自动相位对准方法。实验结果表明:该计算方法精确有效,自动相位对准使滤波器输出性能提高25.89%。     

基于DSP的数字磁通门传感器设计

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DSP的数字式闭环磁通门传感器.传感器的模拟电路由AD转换器、DSP和DA转换器取代,滤波、相敏整流和积分等关键环节采用DSP软件编程实现,模拟电路的减少增强了系统的稳定性.传感器的精度和稳定性主要取决于位于反馈回路的DA转换器,采用高分辨率、高稳定的DA转换器芯片可有效提高传感器的温度性能.详细介绍了该磁通门传感器系统的硬件结构、软件设计和实验结果.结果显示:系统零点温度系数为8.9×10-7/℃,灵敏度温度系数为3.9×10-6/℃,25℃时线性度达到了9.4×10-5.     

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.     

一种开环自激振荡磁通门电流传感器

本文提出了一种基于自激振荡磁通门技术的新型电流传感器,该传感器在开环配置下具有较高测量精度,并具有准数字的特点.建立了传感器的数学模型,与传统平均电流法数学模型相比,所建立的数学模型更加简单和精确.本文传感器的激励电路采用了基于MOSFETS的逆变电路,与传统桥式逆变激磁电路相比,该激磁电路不需要悬浮驱动,降低了控制电路的复杂性;不需要设置死区时间,不存在驱动延时,因而大大减小了因驱动电路引起的测量误差.制作了电流传感器的样机并进行了实验验证,结果表明,在测量范围0～100 A的情况下相对误差小于0.3％.     

基于二次谐波脉冲幅值法的磁通门传感器

简述了磁通门现象的数学模型和工作原理。针对磁通门传感器在提高带宽时噪声也会随之增大的问题,应用二次谐波选择法设计了磁通门信号处理电路,试制了一种宽带低噪声磁通门传感器,很好地解决了提高带宽和降低噪声之间的矛盾。经测试,样机带宽可以达到700 Hz以上,10 Hz处的噪声小于10 pT/Hz,线性度为0.2%。     

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。     

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.     

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。     

一种磁通门传感器的移相电路设计

随着智能传感器的发展,需要传感器能进行智能化或自动化的调试,但是传统磁通门传感器处理电路中的移相电路稳定性不高且调试不方便;文章以延时的时间映射为信号间的相位值作为移相原理,设计了一种可预置的数字移相电路;该电路采用0.6μm的BiCMOS工艺设计,利用Hspiece进行仿真验证;结果表明,该电路在典型边界条件下的移相误差约为0.54°,移相范围0°～±180°,移相不仅稳定可靠,操作灵活方便,而且实现了数字调节移相,满足了传感器智能化或自动化的调试要求.     

新型环形同点单铁芯双分量磁通门传感器

双分量磁通门传感器在金属磁记忆检测中得到广泛使用,且使用的双分量磁通门传感器为双铁芯式跑道型设计的磁通门传感器。由于传感器中的双铁芯磁参数不一致、铁芯不闭合的原因,产生变压器效应,形成了测量噪声。双分量磁通门通常由两个磁通门传感器平行放置而成。因此,由于传感器铁芯参数,线圈参数不可能完全一致所造成的传感器之间的一致性差,而且双分量或多分量磁通门传感器存在着几何中心不重合的问题。本文研究设计了新型双分量磁通门传感器,采用环形铁芯设计,直接应用单铁芯调理双方向的磁通门信号,改善了双分量传感器的一致性差、几何中心不同点的问题,有效的抑制了变压器噪声,提高了磁通门传感器的测量中的测量准确度,减少了测量误差。     

基于FPGA的科氏质量流量计数字驱动系统设计

气液两相流工况下,科氏质量流量计流量管固有频率变化剧烈,需要驱动信号快速跟踪速度传感器信号。针对这种情况,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的科氏质量流量计数字驱动系统,包括电路部分和程序部分。电路部分由信号调理电路、数字驱动电路等组成。程序部分使用硬件描述语言(Verilog HDL)编写,执行数据通信、无限冲击响应(IIR)数字滤波和计算驱动参数等。在单相流工况下,对基于FPGA驱动系统的变送器进行了水流量标定试验。试验结果表明:相对误差小于0.1%,重复性优于0.05%。在气液两相流工况下,将基于FPGA的数字驱动与基于数字信号处理器(DSP)的数字驱动的驱动效果进行对比。对比结果表明:FPGA驱动的驱动效果优于DSP驱动的效果。     

集成温度传感器的无源UHF RFID标签设计与验证

针对超高频EPC C1 Gen-2协议,设计了一款集成温度传感器的无源RFID标签。系统整体构架包括射频模拟前端、数字逻辑控制电路、温度传感电路和EEPROM存储器四部分。通过复用模拟前端电路产生的电流作为温度转换模块的偏置电流,采用时域数字量化法设计出极低功耗的温度传感电路。基于SMIC 0.18 μm 2P4M CMOS工艺库的仿真结果表明,所设计温度传感器的功耗仅为100nW。集成温度传感器的RFID标签的电路仿真及FPGA验证结果表明,所设计传感标签芯片的测温范围在-20℃～80℃,有效分辨率为0.4℃。     

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。