【摘要】：磁通門傳感器是一種具有較高靈敏度和測量精度以及體積小、重量輕等特點的弱磁矢量測量傳感器。尤其是近些年,隨著弱磁測量技術的廣泛應用,消費級市場需要大量性能優(yōu)異且成本低的磁測量設備。但是傳統(tǒng)的模擬磁通門傳感器,其信號處理電路的性能易受溫度、電磁干擾的影響,且難于集成,使得具有抗干擾能力強、集成度高、成本低等優(yōu)點的數字化磁通門傳感器已成為一種技術發(fā)展趨勢。本論文在分析傳統(tǒng)模擬磁通門傳感器理論的基礎上,深入研究雙磁芯結構的磁通門探頭在余弦波和方波電壓源提供激勵信號的前提下,磁通門探頭的信號特性,研究發(fā)現(xiàn),激勵信號的波形不影響磁通門探頭的理論空載靈敏度。通過對比分析時間差法、峰值法和二次諧波法這三種常見的有效信號檢測方法,確定采用二次諧波法來提取有效信號。通過對檢測信號直接數字化的可行性和ADC的量化誤差對系統(tǒng)誤差影響的研究,提出了本論文數字化的關鍵技術之一:檢測信號的直接數字化。通過研究在數字域進行相敏檢波和濾波的具體實現(xiàn)方法、反饋環(huán)節(jié)對系統(tǒng)特性的影響、PID閉環(huán)控制理論、以及目前常用的磁補償驅動原理,提出了本論文數字化的另外一個關鍵技術:采用△-E和PWM級聯(lián)調制的全數字閉環(huán)反饋技術。建立了基于Simulink仿真軟件的閉環(huán)全數字磁通門系統(tǒng)仿真模型,進而驗證了數字化理論的合理性�；谇懊娴臄底只碚撗芯�,采用工業(yè)級dsPIC單片機設計了一種三軸全數字化磁通門傳感器樣機。最后,對樣機進行調試,主要包括激勵頻率和激勵信號占空比的確定、PID環(huán)節(jié)參數的設置,并且驗證了用△-∑和PWM級聯(lián)調制實現(xiàn)等效DAC的性能,結果發(fā)現(xiàn)該方法實現(xiàn)的等效DAC的非線性為0.001%,約等于DAC8812B的非線性誤差,證明了本論文實現(xiàn)等效DAC的方法有效。通過對樣機性能測試發(fā)現(xiàn),該樣機的測量范圍±50000nT、線性度10-2、噪聲低于0.1nT、分辨率78nT、帶寬DC-80Hz,符合本論文的設計指標,驗證了本論文數字化技術的可行性與合理性,并且樣機性能滿足大需求量消費級市場的測磁儀器對磁通門傳感器的性能需求。
【圖文】：

第 4 章 數字化磁通門傳感器系統(tǒng)分析。該部分結合電磁場理論基礎，，借助常用的數值分析軟件 Matlab ulink 軟件包，建立整個系統(tǒng)的動態(tài)模型，以此來分析信號處理各個環(huán)節(jié)征，理論上驗證全數字化信號處理技術的合理性及觀測預期效果。首先是利用 Simulink 來擬合磁通門檢測線圈的信號，已知當 t1=T/8 時波分量的靈敏度 G2最大，假設二次諧波信號的幅值為 0.1V，將 t1=T/（2-16）即可得到各次諧波信號的幅值，采用 Simulink 的 SineWave 法器、加法器等模塊擬合出的感應信號如圖 4-6 所示，其中激勵信號的1.5kHz。數字化轉換環(huán)節(jié)選用 10 位雙極性 ADC，其有效輸入電壓范圍 至 +5V，則檢測信號經過 ADC 后的信號波形如圖 4-7 所示，經過 AD號波形未發(fā)生明顯失真。

檢測信號經過ADC前后的信號波形
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP212

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本文編號：2692936