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低频交变磁场测量技术研究及仪器开发

作　者: 宫延伟
导　师: 吉小军
学　校: 上海交通大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 交变磁场测量电磁感应霍尔效应磁致伸缩效应
分类号: TM936
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着工业的快速发展和科技的不断进步,电子设备已充斥到工农业生产、国防和个人生活的方方面面,成为无处不在,不可或缺的必需品。不容忽视的是,这些电子设备的使用在给人们带来方便和享受的同时,也带来了不少的负面影响,其中所产生的电磁辐射就可能对人体造成一定的危害,大量流行病资料的积累表明,低强度的交变磁场长期暴露会对人体健康产生不良影响。因此,低频交变磁场的测量已成为磁场测量方面的热点课题之一,对环境中低频交变磁场的认识不仅对我们了解这方面的知识至关重要,而且还使得我们有了一个交变磁场对人体产生影响的量化概念。在阅读文献资料了解常用测场测量方法的基础上,根据的测量需求和实际条件,本文筛选了电磁感应法,霍尔效应法,磁致伸缩法3种适合于测量低频交变磁场的方法进行了理论和实验研究。针对不同方法的优缺点和技术现状,重点对电磁感应法和霍尔效应法设计了传感探头结构和信号调理电路,配合使用这两种方法实现了对1-500Hz频率范围0-10Gs场强范围的交变磁场的测量。对基于磁致伸缩原理的交变磁场的测量理论进行了研究,提出并设计了一套初步可行的测量方案。以低功耗16位单片机MSP430为核心,设计了相关的测量仪器电路,实现对传感器的激励、输出信号调理、数据采集、存储和显示。利用标准磁场发生装置-亥姆霍兹线圈,本文对两种测量方法测得的数据与磁场发生源数据以及理论数据作了处理与对比,结果表明霍尔效应法测量误差较大,但其测量频带较宽,适合测量超低频交变磁场;随着频率的增大,电磁感应法的灵敏度也越大,适合测量500Hz以上的微弱交变磁场。分析了两种探头的特点和其测量误差来源,并根据现有的标定方法,对设计的探头作了初步的标定,达到了可以较为准确的测量生活环境中交变磁场的要求。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-10
第一章绪论  10-14
  1.1 低频交变磁场简述  10-12
    1.1.1 交变磁场测量概述  10-11
    1.1.2 低频交变磁场测量的意义  11-12
  1.2 国内外低频交变磁场测量研究情况  12-13
    1.2.1 国内研究情况  12
    1.2.2 国外研究情况  12-13
  1.3 本课题进行的主要工作  13-14
第二章低频交变磁场的特性和测量原理  14-28
  2.1 引言  14
  2.2 低频交变磁场的特性  14-15
  2.3 低频交变磁场测量原理  15-26
    2.3.1 电磁感应测量交变磁场  15-18
    2.3.2 磁通门测量交变磁场  18-21
    2.3.3 磁阻抗测量交变磁场  21
    2.3.4 霍尔效应测量交变磁场  21-22
    2.3.5 巨磁阻效应测量交变磁场  22
    2.3.6 超导量子干涉测量交变磁场  22-24
    2.3.7 光泵磁场传感器测量交变磁场  24-25
    2.3.8 磁光效应测量交变磁场  25-26
    2.3.9 磁致伸缩效应测量交变磁场  26
  2.4 适用于本课题的测量方法  26-27
  2.6 本章小结  27-28
第三章低频交变磁场测量系统设计  28-63
  3.1 引言  28
  3.2 低频交变磁场测量系统的设计  28-32
    3.2.1 系统硬件组成  28-31
    3.2.2 系统程序组成  31
    3.2.3 探头制作要求与性能分析  31-32
  3.3 线圈式磁场传感器测量交变磁场  32-43
    3.3.1 磁场探头设计  32-36
    3.3.2 信号调理电路设计  36-41
    3.3.3 信号采样电路设计  41-43
    3.3.4 干扰和抑制措施  43
  3.4 霍尔式磁场传感器测量交变磁场  43-48
    3.4.1 磁场探头设计  43-46
    3.4.2 信号调理电路设计  46-47
    3.4.3 信号采样电路设计  47-48
    3.4.4 干扰和抑制措施  48
  3.5 磁致伸缩测量交变磁场  48-52
    3.5.1 磁场探头设计  48-49
    3.5.2 信号调理电路设计  49-50
    3.5.3 干扰和抑制措施  50-52
  3.6 电路系统模块设计  52-62
    3.6.1 电源及复位模块设计  52-53
    3.6.2 串口通信模块  53-54
    3.6.3 12864 液晶显示模块  54-56
    3.6.4 频率测量模块  56-57
    3.6.5 FLASH 存储模块  57-58
    3.6.6 AD 采集电路  58-59
    3.6.7 调试接口与程序调试环境  59-60
    3.6.8 干扰和抑制措施  60-62
  3.7 本章小结  62-63
第四章低频交变磁场测量实验与数据分析  63-78
  4.1 引言  63
  4.2 交变磁场源产生及分析  63-66
  4.3 电磁感应法测量低频交变磁场  66-67
    4.3.1 测量条件设定  66
    4.3.2 实际测量数据  66-67
  4.4 霍尔探头测量  67
    4.4.1 测量条件设定  67
    4.4.2 实际测量数据  67
  4.5 两种方法测量数据的对比  67-71
  4.6 测量数据处理  71-75
  4.7 测量误差分析  75-76
  4.8 测量精度分析  76
  4.9 探头误差校正  76-77
  4.10 本章小结  77-78
第五章全文总结  78-80
  5.1 主要结论  78-79
  5.2 研究展望  79-80
参考文献  80-84
致谢  84-85
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  85-87

低频交变磁场测量技术研究及仪器开发

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