基于霍尔效应的宽量程磁场测试仪设计与实现

采用FPGA+MCU主控制架构、单探头+主板双ADC信号采集电路设计及磁探头恒流源激励电路设计,实现宽量程、高精度磁场信号测量。相较于传统单片FPGA或MCU控制架构方案,融合了FPGA数据采集优势与MCU数据分析控制优势,采样速率快、精度高、运行稳定可靠。研制的磁场测试仪,从主板数据采集电路误差、磁探头温漂误差、磁场测试校准三个方面对系统误差进行补偿校准,实现0.3~20 T量程<3%磁场测量精度、采样速率1 MS/s,具备磁场测量、数据显示、参数设置、通信等功能。

MEMS三轴加速度计误差标定与补偿方法研究

为了提高微机电系统(MEMS)三轴加速度计的测量精度,建立了MEMS三轴加速度计卡尔曼滤波模型,根据MEMS三轴加速度计的输出误差模型,推导了基于六位置法的误差补偿数学模型,并给出了数学模型中补偿参数的解算方法。最后基于自主研发的电子罗盘进行了实验验证,实验结果表明:经过卡尔曼滤波后,MEMS三轴加速度计输出噪声减小了74%;经过六位置法标定后,MEMS三轴加速度计的测量精度提升了1个数量级,解算得到的倾斜角精度由5.9°RMS提高到0.3°RMS。

基于微机电系统(MEMS)的磁通门传感器研究进展

磁通门传感器是由电磁感应效应衍生出来的一类主动式感应变压器,能够感应到外界微弱的直流或低频磁场,因为它在噪声、温度稳定性、磁场分辨率和灵敏度方面的优势,被广泛应用在了定位跟踪、航空航天、地磁探测和电流检测等领域。但现在,各类设备都朝着小型化发展,对磁通门质量、体积、功耗、集成度有了更高的要求,所以磁通门传感器的微型化研究十分必要。微机电(Micro-electro-mechanical System,MEMS)加工为此提供了技术基础。简要分析了磁通门传感器的基本原理,阐述了微型磁通门传感器工艺技术的发展历史,包括微加工技术、PCB技术和MEMS技术。重点总结了MEMS磁通门结构工艺的发展历程以及MEMS正交磁通门发展状况。介绍了MEMS磁通门在相应场合的应用优势与发展状况,并展望了此领域未来的研究重点。

基于MEMS工艺的平行激励磁通门原理及仿真设计

介绍了一种平行激励MEMS磁通门的原理,并通过COMSOL多物理场仿真软件对其进行建模计及仿真分析,分别考察激励电流、被测磁场以及被测磁场频率对磁通门感应电压的影响。结果表明,感应电压二次谐波幅值随被测磁场的增高近似呈线性增大,磁通门磁场测量范围大于±100μT,频带范围大于DC~10 kHz,感应电压二次谐波幅值随激励电流的增大先增后降,最佳激励电流为37 mA,此时磁通门的感应电压最高,灵敏度最大,达1556.4 V/T。

一种调整共模噪声源阻抗并优化EMI滤波器性能的方法

提出一种调整变换器共模噪声源阻抗的方法。通过在对称式Boost变换器的耦合电感上加入平衡绕组,并在平衡绕组的末端加入平衡阻抗实现。对比不同噪声源阻抗下变换器的电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)频谱,实验结果验证了该方法的有效性。文中所涉及的端口网络均采用散射参数(S参数)来描述,变换器的寄生电容通过有限元仿真得到。基于测得的S参数和寄生电容的仿真结果,建立平衡阻抗和EMI滤波器共模插入损耗之间的关系,并对平衡阻抗的取值进行预测。论文提出的方法可扩大噪声源端的阻抗失配,同时增大EMI滤波器的共模插入损耗。本方法的优势在于即使EMI滤波器的元件布局及其参数是固定,其性能仍可以通过调整平衡阻抗进行优化。因此,有效减少了传统EMI滤波器的重复设计过程,同时也避免了EMI滤波器的过设计问题。

基于LTCF工艺的高通滤波器结构与设计

设计了一种11阶LC高通滤波,整体采用立方体开腔结构,选取多层LTCF陶瓷作为基板,将电感器集成于基板内部,电容器采用分立元件内埋于腔体中。利用Ansoft-Maxwell软件对电感器三维结构进行电磁仿真,充分兼顾滤波器可靠性、小型化及电路性能最优等原则,确定电感器的结构、空间位置及电气参数值;最后,利用绘图软件设计了LTCF基板的叠层结构、各层电路图、电路层间互联等。研制的高通滤波器性能如下:工作频率1~10 MHz、截止频率1 MHz、尺寸8.2×8.2×2.8 mm、通带插入损耗不高于3.1 dB、电压驻波比小于1.4,该滤波器解决了传统分立器件搭建无源高通滤波器的分立器件多、集成度低的问题。

基于卡尔曼滤波的弱磁目标检测算法设计与分析

针对弱磁目标检测中的磁干扰大、探测距离近的问题,首先对磁力仪采集的磁场数据进行小波分析,采用卡尔曼滤波器对磁场数据进行预测滤波,通过设计合理的卡尔曼滤波参数,获取较为真实的环境磁场;然后设计带通滤波器和磁目标检测算法,实现磁目标检测;最后将弱磁目标检测所有算法在Matlab软件中编程实现,利用外场实验数据进行分析与验证。实验结果证明基于卡尔曼滤波的弱磁目标检测算法处理磁目标信号结果有效,可明显提高弱磁目标探测距离,提升弱磁目标检测能力。

基于磁电阻传感器的电子罗盘研制

基于磁电阻传感器设计了一款电子罗盘,其硬件电路包括地磁信息及姿态信息采集电路、信号放大滤波电路、模数转换电路等;在电子罗盘硬件电路设计完成的基础上,基于MDK-ARM开发环境,进行软件部分设计。其主要功能包括:控制AMR对磁电阻传感器和三轴加速度计的数据进行采集和处理;对数据进行补偿校准和方位角解算;将数据传输至上位机中进行显示和存储。经实际测量,在倾角不大于30°时,方位角精度可达1°,实现了输出高精度方位角的目标。