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基于磁通门传感器的微弱磁场检测技术研究

作　者: 涂传宾
导　师: 杨理践
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 测试计量技术与仪器
关键词: 磁通门 弱磁场检测 虚拟仪器 钴基非晶合金
分类号: TM936
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


磁通门磁强计是一种基于软磁性材料在磁化饱和时，其磁导率非线性变化特性而工作的弱磁检测设备。磁通门技术开始于20世纪30年代，随着科学技术的发展，该技术在地球物理学、航天工程、生物医学、军事领域、材料无损探伤等领域得到广泛应用。缘于磁通门传感器高分辨率、高稳定性等优点，使得其在弱磁检测领域具有很大优势，是目前测量微弱磁场较为理想的设备。研究了磁通门传感器原理，建立和分析了磁通门传感器数学模型，得到了磁通门输出信号的影响因素；采用高磁导率材料钴基非晶合金VITROVAC6025Z作为磁芯材料设计制作了磁通门传感器探头；采用单片机和AD9850构成DDS（直接频率合成器）激励电路信号源，激励信号经功率放大后驱动激励线圈使磁芯饱和；信号检测部分由PCI-1716数据采集卡和LABVIEW开发环境构成。由以上部件构成基于虚拟仪器的弱磁检测系统。信号的采集通过数据采集卡来完成，数据的处理在LABVIEW中进行，对脉冲幅值法做适当改变，提取能够表征被测磁场大小的偶次谐波中的二次和四次谐波来进行处理，得到被测磁场的大小。实验中使用FG708S函数信号发生器提供激励，可以方便的选择激励信号的各项参数，经对比实验后选用频率为10kHz，幅值为5V的正弦信号作为磁通门传感器的激励信号，此时该系统灵敏度较高。在稳定磁场中用特斯拉计对磁通门磁强计进行定标，实验结果表明，磁通门磁强计线性度好，灵敏度为1.783mV/uT，分辨力达uT级。设计的磁通门磁强计实现了在不同磁场环境下的归零校准，对弱磁场的测量更加精确。虚拟仪器构成的系统，结构简单，易于维护，具有一定的实用价值。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-17
  1.1 课题研究的背景和意义  10-12
  1.2 磁通门技术的发展与现状  12-15
    1.3.1 国外研究现状  12-13
    1.3.2 国内研究现状  13-15
  1.3 论文的主要工作和章节安排  15-17
    1.3.1 论文的主要工作  15-16
    1.3.2 论文的章节安排  16-17
第二章 磁通门技术理论  17-28
  2.1 磁通门磁强计的构成  17-18
  2.2 单磁芯型磁通门传感器数学模型分析  18-21
  2.3 差分结构磁通门传感器数学模型分析  21-22
  2.4 磁通门信号检测方法  22-25
    2.4.1 二次谐波法  22-24
    2.4.2 脉冲幅值法  24
    2.4.3 调相法  24-25
  2.5 磁芯聚退磁效应对磁通门传感器输出的影响  25-27
  2.6 本章小结  27-28
第三章 磁通门传感器  28-35
  3.1 磁芯的设计  28-30
    3.1.1 磁芯材料的选择  28-29
    3.1.2 磁芯的结构  29-30
  3.2 磁芯骨架和绕线骨架的设计  30
  3.3 激励线圈和感应线圈的设计  30-32
  3.4 磁通门传感器技术指标  32-33
  3.5 磁通门传感器噪声分析  33-34
    3.5.1 磁通门传感器噪声成因  33
    3.5.2 磁通门传感器噪声影响因素  33-34
  3.6 本章小结  34-35
第四章 磁通门传感器激励源与检测部分  35-55
  4.1 磁通门传感器激励信号的选择  35-40
  4.2 磁通门传感器激励电路  40-44
    4.2.1 DDS 信号发生器  40-42
    4.2.2 低通滤波电路  42-43
    4.2.3 功率放大电路  43-44
  4.3 虚拟仪器构成  44-48
    4.3.1 虚拟仪器软件  45
    4.3.2 PCI-1716 数据采集卡  45-48
  4.4 磁通门传感器输出信号采集和处理  48-54
    4.4.1 数据采样  49
    4.4.2 数据滤波处理  49-51
    4.4.3 改进型脉冲幅值法检测磁通门信号  51-54
    4.4.4 磁场调零  54
  4.5 本章小结  54-55
第五章 磁通门传感器实验  55-62
  5.1 激励信号的畸变  55
  5.2 磁通门传感器输出信号的频谱分析  55-57
  5.3 磁通门传感器噪声频谱分析  57-59
  5.4 磁通门传感器的定标  59-61
    5.4.1 实验确定灵敏度  59-60
    5.4.2 实验确定最小分辨力  60-61
  5.5 本章小结  61-62
第六章 结论  62-64
参考文献  64-67
附录 A DDS 信号发生器  67-68
附录 B 单片机程序  68-71
在学研究成果  71-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气测量技术及仪器 > 磁数量测量及仪器
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