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智能化非晶丝弱磁场测量仪的研究

作　者: 宋雪丰
导　师: 鲍丙豪
学　校: 江苏大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 弱磁场钴基非晶丝磁场测量智能仪单片机
分类号: TM936.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

随着科学技术的发展，微弱磁场的测量在军事、航空、海洋、地质、考古以及医学等领域获得了越来越多的应用，这些学科领域的不断发展，对微弱磁场测量仪灵敏度等参数的要求越来越高。而测量仪的关键和基础是传感器，它的性能直接影响着整个仪器的精度和灵敏度。本文设计了一种基于钴基非晶态合金丝的智能化弱磁场测量仪，磁场传感器敏感体采用软磁特性非常优异的钴基非晶态合金丝，可以同时满足对弱磁场和精度两方面的要求。随着单片机技术的发展，目前在研制高精度、高性能、多功能的测量控制仪表时，几乎没有不考虑采用单片机使之成为智能仪表的。在测量控制仪表中采用单片机技术使之成为智能仪表后能够解决许多传统仪表不能或不易解决的难题，同时还能简化仪表电路，提高仪表的可靠性，降低仪表的成本。基于以上思想，本文主要作了以下工作：对非晶态合金及其传感器的研究进展情况进行了概述；介绍了传感器采用的敏感体材料—钴基非晶丝的性能；设计了传感器电路并对其工作原理进行了分析；制作出了相应的磁场传感器，在室温环境下对传感器的灵敏度、线性度等性能指标进行了测试，传感器的线性度为0.0786％FS，精度达0.1091％FS；设计并制作了传感器的信号处理电路和单片机及其外围电路；针对该弱磁场测量仪的特点和功能要求，设计了系统的软件并进行了编程实现；最后将这些部分组合在一起设计出了一种智能化弱磁场测量仪并对仪器性能进行了实验测试。设计的测量仪能测量静态的和频率在1KHz以下的交变弱磁场，量程范围为-4 Oe～+4 Oe，可用于地磁场的测量以及空间磁场的测量，还可用于钢丝绳断丝的检测及钢管缺陷的检测等方面。测量仪能够自动进行非线性校正和温度补偿，并且具有开机自检功能，可以存储测得的磁场并且查看这些磁场值。该仪器具有串行通信接口，可以和PC通信，将测量数据传到PC做进一步的处理或应用。仪器的操作通过键盘控制，结果通过字符型液晶显示器显示。经过室温环境下的实验测试，测量仪在量程范围内的精度不低于1％。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-13
  1.1 本课题研究的目的及意义  9-10
    1.1.1 磁场测量的重要性及意义  9-10
    1.1.2 本课题研究的价值和意义  10
  1.2 磁场测量技术的国内外研究现状及发展趋势  10-11
  1.3 本课题研究的主要内容  11-13
第二章非晶态合金及其传感器  13-22
  2.1 非晶态合金与传感器概述  13
  2.2 非晶态合金的研究与发展  13-15
    2.2.1 非晶态合金  14
    2.2.2 非晶态合金的研究发展概况  14-15
  2.3 非晶态合金的特性  15-18
    2.3.1 非晶态合金的力学性能  15-16
    2.3.2 非晶态合金的电学性能  16
    2.3.3 非晶态合金的磁学性能  16-18
  2.4 非晶态合金传感器技术  18-21
    2.4.1 非晶态合金传感器技术研究概况  18-20
    2.4.2 非晶态合金传感器技术的发展趋势  20-21
  2.5 小结  21-22
第三章钴基非晶丝磁场传感器  22-34
  3.1 直流稳压电源  22-24
    3.1.1 稳压电源结构  22
    3.1.2 电路工作原理  22-24
  3.2 钴基非晶态合金丝磁性能  24-25
  3.3 传感器结构  25-26
    3.3.1 敏感体结构及特点  25
    3.3.2 传感器基本电路—多谐振荡桥路  25-26
  3.4 传感器工作原理  26-31
  3.5 传感器性能测试  31-33
  3.6 小结  33-34
第四章系统硬件设计  34-55
  4.1 传感器信号处理电路  34-42
    4.1.1 仪器放大器  35-37
    4.1.2 四阶低通滤波电路  37-39
    4.1.3 检波电路  39-41
    4.1.4 二阶低通滤波电路  41-42
    4.1.5 放大电路  42
  4.2 单片机及其外围接口电路  42-51
    4.2.1 单片机  42-43
    4.2.2 模数转换部分  43-46
    4.2.3 显示部分  46-47
    4.2.4 键盘部分  47-48
    4.2.5 串行通信接口电路  48-49
    4.2.6 数据存储器接口电路  49
    4.2.7 看门狗复位电路  49-51
  4.3 温度误差补偿电路  51-54
    4.3.1 温度传感器  51-53
    4.3.2 信号调理电路  53-54
  4.4 小结  54-55
第五章系统软件设计  55-75
  5.1 主程序设计  55-59
    5.1.1 测量仪故障自诊断  55-57
    5.1.2 主程序的设计  57-59
  5.2 显示模块程序设计  59-62
  5.3 键盘模块程序设计  62-64
  5.4 数据采集模块程序设计  64-66
  5.5 数据处理模块程序设计  66-72
    5.5.1 模数转换数据处理  66-67
    5.5.2 非线性校正  67-69
    5.5.3 温度补偿  69-72
  5.6 串行通信模块程序设计  72-73
  5.7 小结  73-75
第六章仪器测试结果  75-76
第七章结论与展望  76-78
  1.全文总结  76-77
  2.今后工作的展望  77-78
附录A 单片机及其外围接口电路图  78-79
参考文献  79-82
致谢  82-83
攻读硕士学位期间发表的论文  83

智能化非晶丝弱磁场测量仪的研究

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