基于STM32的铯光泵磁力仪数据采集系统

文中针对铯光泵磁力仪,设计了一种基于STM32F103ZET6处理器和现场可编辑门阵列(FPGA)的数据采集系统,实现了对输出信号采集后的高精度测量,并且利用传感器实现了对铯光泵磁力仪的探头姿态检测。文中简要介绍了铯光泵磁力仪的基本原理和系统结构。重点针对数据采集系统的要求,介绍了该系统软件设计思路和具体细节。经过实验验证,系统样机基本工作状态良好,达到设计要求。     

中应变率光电检测装置的试验研究

研制了中应变率材料试验机的主要信号检测装置———以位敏器件 (PSD)为传感器的中应变率光电检测装置 ,并用该装置对中应变率材料的力学性能进行了试验研究。试验结果验证了采用非接触式光电检测技术测量中应变率材料力学性能的可行性。     

基于非晶态合金丝传感器的人民币磁性安全线测量系统

构建了基于非晶态合金丝的纸币防伪安全线测量系统。该系统包括硬件和软件2个部分。硬件主要由传感器与PC机组成。传感器采用单非晶丝磁芯双绕组结构的磁敏探头,改善了传感器的性能,可更精确地检测纸币上的微弱磁信号。介绍了传感器的工作原理,并设计了传感器的信号处理电路,对研制中的关键技术进行了分析。通过LabVIEW软件,实现数据的自动采集和分析。实验表明:该系统使用简单、灵敏度高,并能方便的对测量数据进行存储和分析。     

原位叶绿素a和浊度传感器设计

主要研究了叶绿素a和浊度传感器技术及其设计实现.该传感器技术基于荧光诱导的叶绿素a检测原理和基于散射的浊度检测技术原理进行设计,实现后可以实时测量海水的相关参数.该设计经过仿真验证,能够实现设计所要求的微弱光信号检测功能,为后续系统联调做好了准备.     

应用磁传感器阵列定位跟踪消化道诊疗胶囊

为实现对消化道微型诊疗装置在人体内的实时定位与跟踪,建立了一种基于三轴磁传感器阵列的磁目标实时定位跟踪系统.该系统使用磁偶极子模型作为永磁体的磁场分布模型,用4×4的三轴磁传感器阵列检测固定在电子胶囊中的永磁体产生的磁场,通过控制电路和USB接口适配器,将检测出的磁场信号传入计算机,使用非线性最优化方法由磁场信号解出电子胶囊的位置和姿态信息,最后由定位软件实时显示定位结果并保存数据.实验结果表明,该系统对于距离传感器阵列平面150 mm的电子胶囊,平均定位精度＜7 mm,平均定向精度＜6°;同时,该系统能够对距离传感器阵列平面60～220 mm的模拟肠道内运动的电子胶囊实现实时跟踪;并且该系统对人体、织物、塑料等非磁性介质不敏感,基本上能够满足消化道微型诊疗装置在人体内的实时定位与连续跟踪的要求.     

集磁式光纤电流传感器系统设计

介绍了基于磁光材料的法拉第效应的系统工作原理,采用块状磁光材料与集磁环相结合的方法制作的传感头,稳定化光源和A/D转换等实现方法.实验结果表明:该电流传感器系统在30 kV工作电压下可实现对30 kA脉冲及交流电流的测量,为高压下大电流测量提供了一种有效的方法.     

磁致伸缩-磁翻板一体化强酸强碱罐液位检测装置的研究

基于磁致伸缩液位传感器和磁翻板液位检测装置的工作原理,将磁致伸缩传感器和磁翻板液位计组合,通过实验再将磁致伸缩和磁翻板装置共用一个磁浮子,并结合单片机缓和GSM技术实现了磁致伸缩-磁翻板一体化液位检测装置对强酸、强碱罐酸碱液位的非接触式测量.     

磁光调制法测量玻璃内应力

提出了一种基于磁光调制法测量玻璃内应力方向和大小的方法,并建立了基于磁光调制的内应力测量系统。首先,采用光线追迹的方法,根据偏振光的琼斯矩阵描述方式推导了系统的测量模型;采用磁光调制器,对信号光束进行正弦交变的磁光调制,将直接测量光强信号改为测量频率信号,提高了测量准确度;采用磁旋光器,消除了人为操作引起的误差,并通过控制旋光器外加线圈驱动电流的大小,改变调制信号光偏振方向的旋转角度;最后,对待测样品进行了多次旋转测量。测量结果显示,本方法对玻璃内应力方向的测量准确度为5″,对应力双折射的测量准确度为0.3nm/cm。得到的结果验证了该方法的有效性和稳定性,显示系统具有稳定性高、准确度高、容易实现工程化等特点。     

双Fabry-Perot干涉腔型光纤声发射传感器

设计了一种新型的双Fabry-Perot腔光纤传感器用于材料损伤引起的声发射信号检测。基于低细度Fabry-Perot腔多光束干涉原理,建立了光纤Fabry-Perot传感器检测声发射信号的数学模型。分析双Fabry-Perot腔正交点稳定工作机制,设计并制作了具有双Fabry-Perot腔结构的光纤声发射传感器来保持传感器正交点的稳定性。通过模拟AE信号检测与热应力干扰实验对设计的传感器进行了实验验证。实验一通过冲击振动与折断铅笔芯产生两类模拟声发射信号,使用商用的压电传感器和光纤传感器进行对比实验,结果表明光纤传感器能够成功检测到两类模拟声发射信号,灵敏度为12.9nm,带宽达到30kHz。实验二对传感器进行工作点稳定测试,结果表明双F-P腔的控制机制能够保证传感器工作在正交点,解决了传感器输出信号衰减的问题。     

基于磁传感器阵列的消化道微型诊疗装置定位跟踪方法

实时定位与跟踪是消化道微型诊疗装置实际应用中必须解决的关键问题。提出了一种基于三轴磁感传感器阵列的实时定位跟踪方法,使用磁偶极子模型作为永磁体的磁场分布模型,用4×4的三轴磁感传感器阵列检测永磁体的空间磁场,通过控制电路和USB接口适配器将检测出的信号传入计算机,最后由定位程序使用非线性最优化方法由磁场信号解出永磁体的位置和姿态信息。设计了磁定位系统,建立了三维实验平台,并开展了定位,模拟肠道轨迹跟踪和介质材料影响等实验。实验结果表明该系统能够对内置小型永磁体的电子胶囊的位置和姿态进行非接触测量,对于距离传感器阵列平面150mm的电子胶囊,平均定位精度小于7mm,平均定向精度小于6度,该系统能够对在距离传感器阵列平面80mm至250mm的模拟肠道内运动的电子胶囊实现轨迹跟踪,并且定位精度对人体、织物、塑料等非磁性介质不敏感。该系统基本能够满足消化道微型诊疗装置在体内的实时定位与连续跟踪的要求。     

Prewitt 霍尔磁梯度张量系统结构设计

为实现高速磁浮轨道长定子行波主漏磁场小空间、mT量级磁梯度张量的准确测量,将图像边缘检测领域的Prewitt梯度算子进行实例化,设计了一种由8只霍尔磁敏传感器构成的小体积、低成本的磁梯度张量测量结构。通过空间冗余的手段,克服了霍尔磁敏传感器零点偏移大,灵敏度一致性差的特点,也为传统磁梯度张量测量系统传感器的空间布局提供了一种新的思路。实验结果表明,相对传统十字形、正方形结构,Prewitt结构可将多传感器上述两种参数不一致导致的测量误差分别减小至原来的-10.4%和58.1%,有效降低了测量系统对传感器参数一致性的要求,避免了复杂高成本的三轴传感器标定与误差校正环节。     

光纤磁场传感器的磁场探头设计

光纤磁场传感器的探头是光纤磁场传感器中最关键的部分，它直接影响到传感器的测量精度。根据光纤传感器的测量要求和磁敏元件(磁光晶体：BiGd：YIG-Y3-x-yBixGdyFe3O12)的工作原理及特点，必须在光纤磁场传感器探头中产生线偏振光，同时为了在磁敏元件加入传感器探头后不至于增加固有损耗，故在探头两端使用了两个光纤准直器。介绍了在探头设计中，各部分的工作原理和结构特点。     

通用光栅数显装置的研制

为了实现光栅传感器的位移测量,文中研制了一台通用光栅传感器数显装置.该装置通过差分放大器、比较器对输出模拟信号的光栅传感器进行信号处理,与输出数字信号的光栅传感器共用位移测量系统.运用阵列逻辑GAL实现光栅信号的四细分和辨向,利用单片机对GAL输出的细分辨向信号进行计数,通过数码管实时显示光栅传感器的位移测量结果.通用光栅传感器数显装置的研制实现了对模拟/数字信号的测量功能,提高了通用性.     

基于分布压力检测的植入式膀胱尿液容量监测系统

针对植入式膀胱尿液容量或压力监测装置体积大、损坏膀胱组织及与尿液接触引起感染等问题,设计了一种基于分布压力检测的植入式膀胱尿液容量监测系统。该系统由体内装置和体外装置构成,体内装置测量膀胱底部作用于压力传感器的压力信号,并通过无线传输模块发送至体外;体外装置通过磁谐振耦合无线供能向体内装置供电,并接收体内压力传感器采集的压力信号。模拟实验表明:该系统可稳定的采集膀胱压力信号并实现对膀胱尿液容量的监测,测量误差达到11.5%。系统不损坏膀胱组织、与尿液非接触、工作可靠,可为设计开发新型的便携式膀胱尿液容量监测装置提供技术指导。     

逆磁致伸缩效应钢板内应力检测技术研究

改进传统四磁极传感器磁测方式,设计基于逆磁致伸缩效应用于钢板内应力在线检测的原理验证试验系统,研制在线动态检测的励磁模块和快速信号处理系统,在实验室完成验证和研究磁测钢板内应力的测试系统搭建。通过大量试验研究,获得磁通量与主应力之间基本稳定的定量关系及影响规律,验证两者之间的敏感相关关系,并详细讨论传感器参数对内应力测量结果的影响规律。试验研究证实针对带钢内应力进行在线磁测量方式检测的可行性,且该方法可能成为一种铁磁材料应力检测的新方法。     

基于巨磁阻的金融机具传感器

与传统的磁敏传感器比较，巨磁阻传感器具有灵敏度高、可靠性好、测量范围宽、体积小、价格低等优点。介绍了巨磁阻传感器的工作原理和输出特性。以巨磁阻传感器为磁敏元件，研发成功国家专利产品点钞机的巨磁阻传感器。实践表明，采用巨磁阻传感器可以检测到各国不同纸币上的微小磁信号。     

燃油泵故障诊断试验装置及试验方案优化设计

针对现有燃油泵测试平台只能够完成简单的功能测试,在多故障模式条件下故障检测率低的问题,设计了一套燃油泵故障诊断试验装置及试验方案,并依据试验结果对方案进行了优化。该装置可针对燃油泵7种典型故障进行故障试验,并实时准确地采集其振动及出口压力信号。对采集到的信号进行故障特征提取,构造不同故障特征向量,比较不同传感器信号组合时的诊断效果,优化了传感器的布局。试验验证表明,该装置能够为燃油泵故障诊断提供可靠的故障数据,并且只需一个振动传感器和一个压力传感器就可以实现对泵的故障诊断,减小了工程应用中机载燃油泵状态监测系统的体积及复杂性。     

磁致伸缩位移测量的研究与回波信号的分析与处理

以研制5～10m的大位移的磁致伸缩位移传感器为目标,重点分析研究了在磁致伸缩位移测量中对回波信号的检测,对回波信号的接收装置做了创新性的改进,接收装置改成了压电陶瓷,针对回波信号掺杂的干扰信号,提出了一些对实验装置的信号的抗干扰性改进的方法思路,在杂波可能出现的实验装置上进行了分析.设计中为传感器留出一些常用的工业仪表专用接口,如符合工业标准的4～20mA的信号接口,PROFIBUS工业总接口,为以后将位移测量值接入测量和控制系统,实现智能化的工业控制系统做了准备.     

桥梁缆索断丝微磁检测技术研究

基于铁磁材料的剩磁现象,建立了桥梁缆索断丝缺陷漏磁场分析有限元模型,分析了断口处钢丝表面及空气中的漏磁场分布规律,计算了空气层中漏磁场的强度,为微磁探伤技术的应用提供了理论依据;搭建了基于微磁原理的缆索断丝检测试验平台,采用三维磁阻式传感器对缺陷缆索的模拟试件进行了探伤实验,试验结果证实了缆索钢丝中剩磁场的存在及断丝处漏磁场的可检性,分析了不同断丝数量及不同断丝位置的漏磁信号特征,验证了理论分析的正确性及微磁检测方法的可行性;基于微磁原理的缆索断丝无损检测系统,可省略笨重的激磁单元,为实现检测装置的节能化与轻量化设计提供了科学依据。     

航磁补偿系统延迟偏差补偿方法研究

航空磁法勘探是一种重要的地球物理勘探方法,由于飞机磁干扰会对光泵磁力仪测量的数据产生严重的影响,因此有效的补偿飞机磁干扰具有重要的意义。提出了一种非线性航磁补偿方法,通过对信号时间序列的加权,实现对当前时刻输出信号的预测,通过L-M(Levenberg-Marquardt)算法求解修正同步误差后的非线性航磁补偿模型。仿真结果表明,该非线性航磁补偿方法可有效的解决传统航磁补偿方法无法补偿通道间延迟的问题,有效地降低各类信号延迟导致的补偿偏差,补偿后信号的标准差降低至10-4n T/m量级,该剩余残差水平与光泵磁力仪的本底噪声处于同一量级,符合高精度航磁勘探的要求。通过野外模拟飞行实验对理论分析和仿真结果进行了验证。