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空间动态磁场测量装置的研制

作　者: 周凯
导　师: 王明时
学　校: 天津大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 磁场测量虚拟仪器 LabVIEW 数据采集
分类号: TM936.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

磁场测量技术是研究与磁现象有关物理现象的重要手段,己经逐渐形成为一门独立的科学。在国防建设、科学研究、日常生活、工业生产等领域,磁场测量常常起着决定性的作用,精度的高低、测量手段的难易、以及经济性等诸方面的因素,将直接关系到测量仪器的实用性、可推广性。因此,研究和发展高精度、稳定性好、灵敏度强、使用简单、成本低廉的磁场测量仪器有着深远的意义。本文介绍了通过对磁场中各点进行采集、分析、处理,进而完成磁场分布测量的设计过程。作者提出了基于数据采集卡的硬件平台,在LabVIEW 虚拟仪器软件环境下,进行测量系统的开发设计方案。利用计算机的强大功能,进行数据处理,实现了实时测量曲线显示、大容量数据的存储及平面上磁场的重建等功能,并已在脉冲磁场发生器的线圈绕组外部磁场的测量中运用,取得了初步的成功。论文首先介绍了磁场测量方法与测量仪器研究的发展概况,接下来介绍了本测量装置设计理论依据和虚拟仪器的思想、发展概况,然后对硬件平台的原理、设计和实现加以介绍。在已有检测线圈设计理论的基础上,作者提出并完成了三维检测线圈的设计,实践证明该设计弥补了单一线圈测量的不足,提高了测量精度。本文的第四章,介绍了软件系统的总体设计、相关技术和具体功能的设计实现,这是本论文的关键部分。在系统应用实例部分,介绍了脉冲磁场发生器密绕线圈绕组外部磁场的测量情况,给出了实测得到的信号曲线和平面上磁场重建的结果,同时分析了误差产生的原因。最后,进行了课题的总结和展望。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-12
  1.1 磁场测量技术发展历程  8-9
  1.2 磁场测量的方法  9-11
    1.2.1 磁场测量技术方法的研究现状  9-10
    1.2.2 磁场测量技术方法的发展趋势  10-11
  1.3 本文所作的工作  11-12
第二章磁场相关理论及虚拟仪器  12-26
  2.1 空心圆柱线圈磁场强度 B 分布的理论计算  12-16
    2.1.1 磁场强度B 分布计算的理论基础?  12
    2.1.2 磁场的存在性分析?  12-13
    2.1.3 磁场分析和计算的方法  13-16
  2.2 空心圆柱电磁场的检测  16-19
    2.2.1 当前磁测量传感器的特点及分析?  16-17
    2.2.2 “点”磁场检测线圈的参数计算?  17-19
      2.2.2.1 检测线圈的尺寸要求  18-19
      2.2.2.2 检测线圈常数的确定  19
  2.3 虚拟仪器系统  19-26
    2.3.1 仪器的发展历史  19-21
    2.3.2 虚拟仪器介绍  21
    2.3.3 虚拟仪器与传统仪器的比较  21-22
    2.3.4 虚拟仪器系统结构  22-23
    2.3.5 虚拟仪器的软件开发平台  23-24
    2.3.6 基于PC 总线虚拟仪器必须解决的问题  24-25
    2.3.7 虚拟仪器的广泛应用  25-26
第三章硬件平台的原理、设计和实现  26-36
  3.1 总体电路设计  26
  3.2 测量探头  26-30
    3.2.1 “点”磁场检测线圈的改进  26-27
    3.2.2 “点”磁场检测线圈的标定  27-30
      3.2.2.1 载流线圈的磁场理论值的计算  27-28
      3.2.2.2 载流线圈的磁场的测量值  28-30
  3.3 信号调理电路  30-32
  3.4 数据采集卡  32-36
    3.4.1 工作原理  32-33
    3.4.2 采集卡驱动程序  33
    3.4.3 本设计中选用的数据采集卡  33-36
第四章测量系统软件的设计实现  36-47
  4.1 软件开发环境——LabVIEW简介  36-37
    4.1.1 概述  36
    4.1.2 LabVIEW 的特点  36-37
    4.1.3 外部扩展硬件的驱动程序  37
  4.2 系统软件的具体实现  37-42
    4.2.1 系统软件总体框图  37-38
    4.2.2 系统流程图  38-42
      4.2.2.1 采集显示处理部分主程序  38-39
      4.2.2.2 相关子程序  39-41
      4.2.2.3 磁场重建部分  41-42
  4.3 仪器面板的设计  42-44
    4.3.1 虚拟仪器(软)面板的设计原则  42-43
    4.3.2 仪器主面板的设计  43-44
  4.4 软件功能的设计实现  44-47
    4.4.1 数据采集显示部分  44
    4.4.2 数字滤波设计  44-45
    4.4.3 磁场重建部分  45-47
第五章系统应用实例及结果  47-56
  5.1 实验设计  47-48
  5.2 实验设备  48-49
    5.2.1 三坐标电动平移台  48
    5.2.2 数字特斯拉计  48-49
  5.3 测量结果  49-56
    5.3.1 “点”测量结果  49-50
    5.3.2 平面磁场的重建  50-56
总结及展望  56-58
参考文献  58-60
发表论文和参加科研情况说明  60-61
致谢  61

空间动态磁场测量装置的研制

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