数字磁通门反馈控制系统设计

针对采用开环控制方式的数字磁通门线性度差、分辨率低等问题,提出了一种基于反馈控制的数字磁通门系统设计。通过利用该反馈控制系统,实现了对原磁场信号的有效反馈补偿并拓宽了信号带宽。采用数字磁通门反馈控制系统改善了开环控制方式下数字磁通门系统所带来的线性度差、分辨率低及稳定性差的问题。通过实验测试,结果显示:系统测量范围为±60000 nT,线性度为0.04%,分辨率为3 nT,与高性能磁通门的相关系数为0.872,验证了该方法的可行性。

基于DSP的数字磁通门传感器设计

针对传统磁通门传感器模拟电路受温度影响较大的问题,设计了一种基于DSP的数字式闭环磁通门传感器。传感器的模拟电路由AD转换器、DSP和DA转换器取代,滤波、相敏整流和积分等关键环节采用DSP软件编程实现,模拟电路的减少增强了系统的稳定性。传感器的精度和稳定性主要取决于位于反馈回路的DA转换器,采用高分辨率、高稳定的DA转换器芯片可有效提高传感器的温度性能。详细介绍了该磁通门传感器系统的硬件结构、软件设计和实验结果。结果显示:系统零点温度系数为8.9×10-7/℃,灵敏度温度系数为3.9×10-6/℃,25℃时线性度达到了9.4×10-5。

数字磁通门传感器的自动相位对准

三轴数字磁通门传感器信号处理电路的延时(相位延迟)及各轴延时不一致,影响数字滤波器的输出性能。提出了基于加权最小二乘法的互功率谱相位法计算延时的方法,针对该数字滤波器的特性,选择传感器的不同谐波信号对比分析相位延迟计算的精度,并设计了传感器的自动相位对准方法。实验结果表明:该计算方法精确有效,自动相位对准使滤波器输出性能提高25.89%。

闭环反馈式数字磁通门传感器

针对传统磁通门传感器模拟电路温度性能相对较差的问题,研究了一种闭环数字磁通门传感器。利用高速A/D直接采样传感器信号,用单片机进行数字信号处理,再经D/A转换输出反馈信号。详细介绍了传感器的硬件结构和软件设计,并用该传感器对地磁场进行了测量试验。结果显示:它的零位温度系数为6.7×10-10/℃,灵敏度温度系数为2.5×10-4/℃,线性度达到了5.4×10-3。

基于dsPIC单片机的全数字磁通门传感器设计

针对传统模拟磁通门传感器的性能易受温度影响和电磁干扰、电路复杂难于集成、成本较高等问题,文中设计一种全数字磁通门传感器。首先使用单片机内部多路A/D对磁通门探头输出信号直接进行数字化处理;然后通过单片机设计相关算法,实现对采样后的数字信号进行放大、相敏整流、低通滤波、积分、PID闭环控制等功能。积分后的信号其中一路通过串口将输出量传送给计算机,另一路通过D/A控制反馈线圈的补偿信号来构成闭环系统,以提高系统的稳定性。最后,采用工业级dsPIC单片机设计一种经济型三轴一体化全数字磁通门传感器。该全数字磁通门传感器的测量范围达到±60 000 nT,线性度为10^(-5),分辨力为36 nT。测试结果表明,文中设计的传感器可替代传统模拟磁通门传感器而用于需求量大的消费级产品。

基于Sigma-Delta调制技术的高精度数字磁通门磁强计仿真

设计了一种基于1 bit Sigma-Delta环路调制技术的高精度数字磁通门磁强计,建立了数字磁强计信号处理仿真模型,并利用Matlab的Simulink仿真工具开展了数字磁通门磁强计模型的仿真分析,对数字磁强计系统的噪声、线性度、响应速度和频率响应进行了仿真计算。利用本文1 bit Sigma-Delta环路调制技术的数字磁强计在量程超过±10^(5 )nT的情况下,系统在1 Hz处的噪声仅为4.66 pT·Hz^(-1/2),最大线性偏差为0.16 nT,动态响应速度达到2×10^(6) nT·s^(–1),频率响应带宽超过10 Hz。仿真结果表明,基于1 bit Sigma-Delta环路调制技术的数字磁通门磁强计可以有效降低对A/D转换器精度的要求,在保证性能的前提下大幅度降低了电路复杂程度,提高了系统的可靠性,在深空探测、空间磁场测量等领域具有广泛的应用前景。

基于异或运算相敏整流的数字磁通门设计

针对模拟电路磁通门温度特性差,数字电路磁通门占用接口多且反应慢的难题,提出了一种基于异或运算相敏整流电路的数字式闭环磁通门传感器。该异或运算电路是将高速AD采样得到的二次谐波信号与参考方波信号进行异或逻辑运算后经高速DA完成了数字相敏整流功能。采用基于异或运算相敏整流电路的磁通门系统既改善了温度特性,同时也节约了数字接口,减少了数字处理器的运算负担。通过实验测试,结果显示:系统测量范围为±62 900 n T,线性度为2.8×10-4,分辨力约为2 n T,磁通门反馈回路的-3 d B带宽约为240 Hz。

基于数字磁通门的中心通缆随钻测量系统的研制

为了提高随钻测量系统的精度和稳定性,设计了一种基于MEMS加速度和数字磁通门的测量方案用于中心通缆随钻测量系统,分析了测量系统的工作原理,并对系统硬件电路及软件进行了研究。将随钻测量系统分别与采用磁感、磁阻传感器的测量系统进行了常温下和高低温下的温度性能验证实验。实验结果表明:基于数字磁通门的随钻测量系统相比其他磁传感器,能够减小温度的影响且具有较高的精度,能够满足实际随钻测量系统的应用。

基于ARM的数字式磁通门磁强计设计

基于差分式磁通门磁强计的工作原理,设计了一种基于ARM的数字式磁通门磁强计,替代了传统模拟电路对磁强计输出信号进行处理,采用ARM自带的12 bit A/D将磁强计信号转换成数字信号,使用ARM微控制器进行相敏检测、滤波和PID控制,用脉冲宽度调制(PWM)输出反馈信号,结合反馈电阻构成闭环系统。通过实验测试,该磁强计的量程为±60 000 nT,分辨率为1 nT,线性度可达到3.3×10^(-4),灵敏度温度系数为1.9×10^(-4)/℃。采用基于ARM的数字式磁通门磁强计设计方案,提高了磁强计对环境温度的抗干扰能力。

高温磁通门传感器设计与实现

针对井下智能导钻工程中使用的传统磁通门传感器不耐高温且在尺寸上无法满足井下狭小空间等问题,设计了工作在175℃高温环境下的高性能数字磁通门传感器。该传感器基于二次谐波法设计,采用SM320F28335GBS作为主控芯片,协调控制激励电路、感应电路、反馈电路与温度数据采集电路,联合磁通门探头实现了高温环境下磁场信号的采集与处理。实验测试结果表明:该高温磁通门传感器的量程为±60000 nT,分辨率为3 nT,线性度为0.03%,与高性能磁通门磁测数据的相关系数为0.927,在175℃高温环境下的磁测数据验证了该数字磁通门样机能够用于高温环境下的磁场测量。

一种基于改进型数字相敏整流电路的磁通门传感器设计

在全面分析了数字电路磁通门特点的基础上,构建得到一种经过改进的数字相敏整流电路。之后采用此数字相敏整流电路设计出一款具有高分辨精度的数字磁通门传感器。经测试发现磁通门的输出测量范围是:X轴等于162 800 nT,Y轴等于162 900 nT,Z轴等于162 700 n T,磁通门输出值和测量磁场之间具有线性关系。利用数字万用表测试激励信号的电流,采用示波器测试了激励信号频率与磁通门传感器的反馈电阻电压,测试发现磁通门分辨力小于2 nT。