胶囊内窥镜弱磁场测量系统设计与实验研究

针对胶囊内窥镜磁定位方法的要求,设计出一种基于磁阻传感器和LabVIEW虚拟仪器技术的空间磁感应强度采集系统。该系统使用HMC1043型三轴磁阻传感器对永磁体的磁感应强度进行测量,然后设计了系统控制电路,对传感器输出信号进行滤波、偏置调零和放大等处理,由USB型数据采集卡采集并传输给PC机,通过LabVIEW进行数据处理和实时显示。最后建立了基于LabVIEW和HMC1043的永磁体弱磁感应强度测量系统,通过实验可知,该系统能够测量圆柱永磁体的磁感应强度,并将实验测得的磁感应强度与永磁体磁偶极子理论模型的仿真值进行了对比,发现误差非常小。结果表明,该测量系统设计是可行的和有效的。     

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.     

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.     

基于磁阻传感器的智能车辆定位系统

为解决自主导航智能车辆纵向精确定位的问题,设计了一个基于两维磁阻传感器的车辆局部定位系统,包括横、纵向磁定位方法的确定、磁尺结构设计和磁信号采集处理的软硬件设计.进行了磁钉的两维磁场信号采集和磁定位方法的对比验证,结果表明:该系统不仅在较大范围内具有高的横向定位精度,还能够提供精确的纵向定位信息.     

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SMO的开关磁阻电机无位置传感器控制仿真研究

针对开关磁阻电机中位置传感器的引入用所带来的结构复杂程度以及系统的成本的提高、电机可靠性以及坚固性降低等问题,提出了一种新的基于滑模观测器的开关磁阻电机无位置传感器控制方法:采用五点法磁链模型,结合滑模观测器实现了转子位置无位置传感器控制。该方法以转速以及电机转子位置作为状态变量,以实际磁链以及估算磁链的偏差作为滑模面,构建出了滑模观测器,对转子位置进行了间接检测。然后利用Matlab仿真软件搭建出了12/8极开关磁阻电机的仿真模型,并在Simulink环境下对开关磁阻电机进行了仿真研究。研究结果表明,所给出的无位置传感器控制方法可以有效地估算出电机的转速以及转子的位置,测量得到的转子位置误差小,具有较好的鲁棒性以及抗干扰能力,动态性能较好。     

液压缸用外置式磁感应位移传感器设计

针对液压缸内置式位移传感器安装工艺复杂、检修困难的问题,利用隧道磁阻(TMR)元件设计了一款外置式磁感应位移传感器。首先,对传感器的构成、工作原理及信号电路进行了设计和说明,通过Ansoft Maxwell电磁仿真平台建立了传感器模型;然后,对永磁环运动时的磁场状态及磁阻元件的输出信号进行了分析,提出了通过多个磁阻元件有效线性工作区叠加来计算永磁环位移的方法,并研究了液压缸缸筒对计算方法的影响;最后,利用实验装置对传感器的各项性能指标进行了测试。研究结果表明：在不同缸筒磁导率和厚度下,磁阻元件有效线性工作区对应的位移区间长度相等,传感器可对不同缸筒材质与厚度的液压缸进行测量,磁阻元件实际输出曲线的线性度为2.39%,精度为0.16%,满足测量误差小于1 mm时4%的线性度要求,传感器分辨率为0.008 3%,且其重复性较好,其设计是可行的。     

基于无线磁阻传感器的车辆信息采集系统研究与实现

摘要：研究设计了一种灵活性强、功耗低的智能交通监控系统,其监控前端采用无线磁阻传感器,监控中心采用S3C6410核心处理器。文章首先对系统的整体结构设计做出了简要说明;在此基础上,介绍了基于无线磁阻传感器的测速方法;而后,详细论述了视频采集和监控软件设计方法;最后,在WinCE系统下实现并测试了测速和抓拍功能。     

故障检测器定位装置的设计

根据用于机械系统故障检测器定位的需要,设计了定位装置的电路,主要设计了其中的传感信号及放大电路、置位复位电路和串口通信电路.该电路采用新的磁阻传感器以减少传感器数目,并减小永久磁体的体积,提高了精度和测量距离,并由PIC877A单片机控制.该电路还可与PC实现数据的实时采样,它能将数据实时地传到PC机上进行保存和位置解算.该检测系统已经在实际工作场合使用,利用该电路的结果与利用高斯计测量得到的结果大致相同.     

InSb精密角位移传感器的研究

本文介绍了以磁阻效应为工作原理的ＩｎＳｂ精密角位移传感器的设计和制作。这种传感器的主要特点是高分辨率、非接触、体积小、重量轻和使用寿命长。性能测试结果表明,在±１２°范围内,其分辨率达０．０１°     

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。     

基于薄膜磁阻传感器的弱磁测量系统的设计

介绍了Philips公司生产的薄膜磁阻传惑器KMZSI的内部结构、测量原理，以及用于微弱磁场测量系统的软硬件设计方法。着重介绍了传感器内集成的触发线圈和补偿线圈驱动电路的设计方法，以及上位机软件的设计方法。触发线圈驱动电路基于可编程逻辑器件CPLD而设计；上位机软件采用虚拟仪器编程语言LabWindows／CVI编写。该系统可作为微弱磁场测量的基本系统，并可用于基于弱磁测量的一些应用领域。     

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.     

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。     

超导/磁阻式复合磁传感器高灵敏及三轴化研究

超导/磁阻式复合磁传感器利用超导磁放大器上千倍的磁场放大能力,可大幅提升磁阻式传感器灵敏度,有望实现fT级的磁场分辨力,满足水下目标探测、生物磁场检测等新型弱磁探测需求。经过几十年的研究,超导/磁阻式复合磁传感器相关工作取得了重要进展和系列成果。首先从复合磁传感器工作原理、高灵敏和三轴化研究现状等方面进行了系统的回顾和总结,其中超导磁放大器的放大倍数在实验上已经超过1 000,低温下(4.2 K)的热噪声仅为■,然后针对目前存在的问题对下一步研究工作进行了简要展望。论文相关工作对于提升超导/磁阻式复合传感器性能、促进其推广应用具有重要的借鉴和指导意义。     

Measurement of magnetic susceptibility in pulsed magnetic fields using a proximity detector oscillator

We present a novel susceptometer with a particularly small spatial footprint and no moving parts. The susceptometer is suitable for use in systems with limited space where magnetic measurements may not have been previously possible, such as in pressure cells and rotators, as well as in extremely high pulsed fields. The susceptometer is based on the proximity detector oscillator, which has a broad dynamic resonant frequency range and has so far been used predominantly for transport measurements. We show that for insulating samples, the resonance frequency behavior as a function of field consists of a magnetoresistive and an inductive component, originating, respectively, from the sensor coil and the sample. The response of the coil is modeled, and upon subtraction of the magnetoresistive component the dynamic magnetic susceptibility and magnetization can be extracted. We successfully measure the magnetization of the organic molecular magnets Cu(H(2)O)(5)(VOF(4))(H(2)O) and [Cu(HF(2))(pyz)(2)]BF(4) in pulsed magnetic fields and by comparing the results to that from a traditional extraction susceptometer confirm that the new system can be used to measure and observe magnetic susceptibilities and phase transitions.     

交流励磁三维定位系统中磁传感器设计

交流励磁定位系统可以对介入式微型医疗装置在人体内的三维位置实现非接触式遥测。在定位系统中，为了测量磁场分布范围宽、下限磁场微弱的交变磁场，本文设计开发了感应线圈式磁传感器。根据电磁感应原理，感应线圈先将交变的磁信号转换为电信号，再通过后级信号处理电路在强大的噪声背景中提取出有用的电信号，结合传感器的输入输出特性，即获得待测磁场大小。实验结果表明：磁传感器能准确测量微弱交变磁场，且具有宽测量范围、高分辨率、高稳定性和高精度的优点。磁传感器还能适用于一切非导磁环境中跨度大的交变磁场的测量，具有通用性。     

基于磁阻传感器的杂散电流检测仪的研究

介绍了一种利用磁阻传感器HMC1021来检测石油管道杂散电流的仪器,详细介绍了其硬件组成及设计过程及软件流程。为了保证数据的可靠性还设计了一个聚磁环节用以增强被测信号的强度。该检测仪的最大优点在于可实现无损非接触的测量。通过一系列实验检验,该检测仪的可靠性得到了确认。该项目的目的是更加及时和有效的保护石油管道,通过对杂散电流情况的评估以采取相应措施,从而避免石油管道泄露事故的形成。     

一种检测弱电流的半导体磁阻式电流传感器

为了检测微弱电流，设计了一种适用于信号处理电路的InSb-Ink共晶体磁阻元件（MR）制成的半导体薄膜磁阻型电流传感器（MRCS）。此种电流传感器是用同时改变两个InSb-In磁阻元件阻值的途径来实现这一目的的，它取消了大容量的耦合电容，可缩小体积和改善频率特性。经计算选择特定的电路参数，使得电路输出信号为引起磁阻改变的微弱电流产生的磁场成正比关系，从而实现了微弱电流信号的检测，通过实验研究了此种电流传感器的工作特性，其通频带为7－1800Hz，被检测的弱电流信号可低至10mA，并且温漂得到良好的抑制，继而从理论上对其进行了分析。     

Position and orientation detection of capsule endoscopes in spiral motion

In this paper, a position and orientation detection method for the capsule endoscopes devised to move through the human digestive organs in spiral motion, is introduced. The capsule is equipped with internal magnets and flexible threads on their outer shell. It is forced to rotate by an external rotating magnetic field that produces a spiral motion. As the external magnetic field is generated by rotating a permanent magnet, the 3-axes Cartesian coordinate position and 3-axes orientation of the capsule endoscopes can be measured by using only 3 hall-effect sensors orthogonally installed inside the capsule. However, in this study, an additional hall-effect sensor is employed along the rotating axis at a symmetrical position inside the capsule body to enhance measurement accuracy. In this way, the largest position detection error appearing along the rotating axis of the permanent magnet could be reduced to less than 15mm, when the relative position of the capsule endoscope to the permanent magnet is changed from 0mm to 50mm in the X-direction, from −50mm to +50mm in the Y-direction and from 200mm to 300mm in the Z-direction. The maximum error of the orientation detection appearing in the pitching direction ranged between −4° and +15°.