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基于铁基非晶薄带GMI效应的弱磁传感器研究

作　者: 熊长兵
导　师: 卜雄洙
学　校: 南京理工大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 巨磁阻抗效应铁基非晶薄带弱磁检测单片机数据处理
分类号: TP212.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 158次
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内容摘要

巨磁阻抗(Giant Magneto-impedance,简称GMI)效应的出现,使磁传感器在弱磁检测领域的小型化、高灵敏度、快速响应和低功耗方面成为可能,应用发展前景广阔。有鉴于此,本文设计了基于铁基非晶薄带GMI效应的弱磁传感器。本文从巨磁阻抗效应原理入手,介绍了巨磁阻抗效应的两种分析方法,详细阐述了非晶薄带巨磁阻抗效应原理、影响因素及传感器的工作原理,通过对敏感元件特性的实验确定了传感器敏感元件的激励线圈匝数,激励频率和非晶薄带长度,进而设计了传感器的结构和实验系统,包括激励信号电路、检波电路、放大滤波电路、负反馈电路、偏置电路、单片机数据采集处理电路、数据传输电路、数据存储显示电路,并编写了相应的软件程序,同时进行了软硬件抗干扰设计,最终完成了系统调试和传感器静态标定,并给出了传感器的静态特性。实验结果表明:本传感器系统能够检测-210uT至210uT范围内的静态弱磁场,且具有较好的线性度,灵敏度和重复性,达到了预定的技术指标。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-8
1. 绪论  8-15
  1.1 课题研究的背景及意义  8-9
  1.2 国内外GMI传感器的研究现状及应用  9-13
    1.2.1 国内外GMI传感器的研究现状  9-11
    1.2.2 GMI传感器的应用  11-13
  1.3 本课题的研究内容  13-15
2. 巨磁阻抗效应的原理  15-27
  2.1 磁阻抗基本理论  15-16
  2.2 巨磁阻抗效应的理论分析方法  16-20
    2.2.1 趋肤效应法  16-17
    2.2.2 等效电路法  17-20
  2.3 巨磁阻抗效应的定义  20
  2.4 GMI材料的制备及热处理  20-22
  2.5 非晶薄带的GMI效应  22-24
  2.6 GMI效应与磁致伸缩和温度的关系  24-26
    2.6.1 GMI效应与磁致伸缩之间的关系  24-25
    2.6.2 GMI效应与环境温度之间的关系  25-26
  2.7 本章小结  26-27
3. GMI弱磁传感器方案的制定  27-42
  3.1 GMI弱磁传感器总体结构设计  27-28
  3.2 敏感材料及敏感元件激励方式的选择  28-30
    3.2.1 环向激励  28-29
    3.2.2 纵向激励  29-30
  3.3 敏感元件的制作  30-31
  3.4 敏感元件基本工作原理  31-33
  3.5 敏感元件的简化模型  33-35
  3.6 敏感元件激励频率的选择  35-37
  3.7 敏感元激励线圈匝数的选择  37-38
  3.8 铁基非晶薄带长度的选择  38-40
  3.9 偏置方式的选择  40-41
  3.10 本章小结  41-42
4. 传感器系统硬件电路设计  42-57
  4.1 传感器系统硬件电路设计原则  42
  4.2 传感器模拟电路设计  42-51
    4.2.1 电源电路设计  42-43
    4.2.2 脉冲电流源电路设计  43-45
    4.2.3 信号调理电路设计  45-51
  4.3 传感器数字电路设计  51-55
    4.3.1 CPU控制单元及A/D采集单元的选择  51-52
    4.3.2 数据显示单元的设计  52-53
    4.3.3 数据传输单元的设计  53-54
    4.3.4 数据存储单元及系统启动单元的设计  54-55
  4.4 传感器系统硬件抗干扰设计  55-56
  4.5 本章小结  56-57
5. 传感器系统软件设计  57-65
  5.1 系统软件总体设计  57-58
  5.2 各功能模块设计  58-62
    5.2.1 A/D模块程序设计  58-60
    5.2.2 存储器模块程序设计  60-61
    5.2.3 LED显示模块程序设计  61
    5.2.4 数据传输及启动模块程序设计  61-62
  5.3 软件滤波设计  62-64
  5.4 本章小结  64-65
6. 系统实验及数据分析  65-71
  6.1 实验方法  65-66
  6.2 数据分析  66-70
    6.2.1 数据处理  67-69
    6.2.2 传感器静态特性  69-70
  6.3 实验中主要波形和最终效果  70
  6.4 本章小结  70-71
7. 全文总结与展望  71-73
  7.1 全文总结  71-72
  7.2 展望  72-73
致谢  73-74
参考文献  74-78
附图A 实验原理图  78-79
附图B 电路板  79

基于铁基非晶薄带GMI效应的弱磁传感器研究

内容摘要

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