振动线数据采集和数据处理方案设计与验证

振动线理论提供了一种高精度准直方法,将振动线理论应用于共架磁铁准直,可大大提高共架磁铁间的准直精度。介绍了应用振动线准直共架磁铁的实施方案,从总体方案出发,以振动线理论为依据提出了一种振动线系统数据采集和数据处理设计方案,并对传感器工作点对准、导线电流测量、数据采集设备选取、磁感应强度计算、磁场中心计算等关键问题进行分析,给出了解决方案。最后通过实验验证了方案的可行性以及系统的测量精度。

地磁室内定位基准图数据采集系统设计

近年来,地磁作为室内定位基准已经成为热点研究领域。本文深入研究了地磁室内定位技术,并通过大量试验,分析了室内磁性材料及电子设备对磁场的干扰,进一步探究了室内磁场特性,证明了磁场信息作为定位依据的可行性;利用Arduino IDE研发了智能地磁数据采集平台,该平台搭载多种传感器,如HMC5983磁传感器和惯性导航传感器等,采集一定密度的室内地磁数据,利用克里金法对该地磁数据进行差值处理,生成2 cm间隔大小的栅格地磁图,作为室内定位基准图保存在数据库中。

基于NI CompactRIO的多通道磁场采集系统的设计与实现

针对磁法勘探、地磁导航等不同技术领域的地磁测量需求,提出了一种多传感器模块化采集方案,构建了基于NI CompactRIO的多通道磁场采集系统。系统整合了光泵磁力仪,磁通门磁力仪,惯性导航模块以及GPS模块,可满足不同情况下的实验需求。为了解决多传感器组件同时采集时数据无法同步的问题,提出了基于GPS的同步授时技术以保证数据的有效性。利用插值计数器实现了数字倒数插值测频法,在铯光泵磁力仪有效输出范围内,磁测分辨率优于0.006 nT。在吉林大学电磁屏蔽室中,对系统噪声水平进行了评估,评估结果表明采集系统的PSD为7 pT/Hz@1 Hz,符合设计要求。最后在长春南湖和内蒙古桃合木苏木两个实验场地应用采集系统,验证了系统在野外恶劣环境下能够稳定工作,并高效地完成采集任务。

基于USB接口的磁场分布测量系统研究

分别介绍了基于USB接口的磁场分布测量系统中霍尔传感器模拟前端、A/D转换、USB数据采集控制通信的硬件设计以及计算机磁场分布软件设计.实际测量结果表明,与传统的指针、数字式磁场测量系统相比,该系统不仅能满足科学研究和工业对磁场分布测量的精度要求,而且具有即插即用,易于二次开发等优点.

磁场分布测量系统的设计

介绍了磁场分布测量系统的硬件结构和软件设计方案。该系统将单片机为核心的小系统,结合霍尔传感器作为前端的数据采集系统,将采集到的数据利用串口传送到PC主系统。在LabVIEW环境下对数据进行分析、处理、显示并保存。经测试,系统能方便灵活地测量磁场,3个方向的测量范围均可达到-900^+900 Gauss,测量精度达1%,并且磁场的测量结果能通过三维图形显示。

利用空间电磁场感应检测小电流接地故障

针对架空线路小电流接地故障信号不易获取的问题,提出一种利用电磁场感应实现非接触式故障检测的新方法。对三相架空线路周围故障前后的电场和磁场特征进行了深入研究,发现线路下方水平磁场与零模电流基本成比例关系,垂直电场与零模电压基本成比例关系。利用电磁场传感器感应水平磁场和垂直电场可以获取零模电流和零模电压信号,利用获取的故障信号,提取故障特征,可以实现小电流接地故障选线与定位。提出了现场应用方案和需要解决的若干关键问题,最后通过仿真验证了该方法的正确性。

全自动磁场分布测量仪的设计

根据实践中对静磁场分布测量的要求,进行全自动磁场分布测量仪的设计。着重论述该测量仪器的工作原理及其软、硬件设计。

基于虚拟仪器的空间磁场分布检测装置设计

磁共振耦合无线电能传输技术利用高频磁共振耦合实现电能高效长距离传输,收发线圈间的互感耦合系数直接影响着系统的传输距离和效率。空间磁场强度同步检测是准确分析互感耦合系数的最直接的方法。基于虚拟仪器技术设计了一款分布式空间磁场检测系统,详细介绍了基于法拉第电磁感应的数字化磁传感器节点设计、传感器面阵的设计、上下位机通信协议设计及上位机软件开发。实验结果显示:该检测系统具有10 MHz以上的频带,其磁场传感器的灵敏度为530V/T左右,且具有多点同步采集功能,可以满足磁共振耦合无线电能传输系统中磁场检测的要求。

并行采集技术在1.5T 8通道相控阵线圈头颅3D TOF MRA中的优化:体模研究

目的探讨并行采集技术(ASSET)在8通道相控阵线圈头颅水模3D TOF MRA中的应用及伪影消除方法,优化3D TOF MRA扫描方案。方法使用MRI专用标准头颅水模,通过对ASSET加速因子(R值)、相位FOV(FOVp)、扫描FOV(FOVs)以及校准FOV(FOVc,分别为30 cm×30 cm、35 cm×35 cm和40 cm×40 cm,对应A、B、C组)的调整与组合对水模进行3D TOF MRA扫描,测量两侧卷褶伪影间的最短距离(D)及图像SNR,记录各组图像的扫描时间和相位方向分辨率(Rp),寻找最优参数组合。结果随FOVc增大,ASSET伪影逐渐加重;随着FOVs和FOVp增大以及R值减小,卷褶伪影间距D值逐渐增大直至消失。R值及FOVp不变时,扫描时间不变;当R值固定时,SNR随FOVs及FOVp增大而增高;当FOVs及FOVp固定时,SNR随R值增大而降低;Rp随FOVs及FOVp增加而降低。结论使用ASSET技术需要选择适当的R值与相应的FOVc、FOVs及FOVp;上述条件下,FOVc为35 cm×35 cm,FOVs为28 cm×28 cm,FOVp为0.75,R为1.25时为水模3D TOF MRA扫描的最优参数配置。

电工钢片磁特性测量中H线圈的定标

电工钢片二、三维磁特性测量研究中,H线圈的定标是电工钢片磁特性精细模拟的关键问题.针对这一问题对定标螺线管进行了磁场仿真,根据仿真结果确定了定标螺线管尺寸,按照定标要求设计了定标实验装置和整个测量系统,并根据测量实验的要求编写了基于LabVIEW软件的测量程序,完成了电工钢片磁特性研究中定标实验的数据采集.根据所采集的测量数据和H线圈的定标实验原理,计算得出了H线圈的定标结果.将理论值和实验值进行对比,通过实验证明了该解决方案是有效的,具有一定的可行性.

一种工频电场与工频磁场检测装置研究

针对高压线路、变电站附近的工频电场与工频磁场检测问题,研究一种基于STM32F407 ARM控制处理器的电场与磁场测量装置。设计一种基于金属球形电容的电场传感器实现工频电场强度测量,该装置采用磁阻传感器探测工频磁场强度,利用高精度仪表放大器AD620和16位8通道同步数据采集A/D转换模块实现对电场和磁场弱信号的放大与同步采集。根据传感器的特性,系统采用高阶多项式数据拟合算法可有效抑制磁场传感器的非线性影响,减小测量误差。试验结果表明:该装置测量稳定,便携性好,能够同时测量空间环境的工频电场与磁场强度,对工频电磁环境的监测有一定的参考意义。

磁聚焦电导率成像系统的硬件设计与实现

目的设计磁聚焦电导率成像系统硬件,实现数据采集。方法利用阵列信号源接成调频式检测电路实现多频检测；其中检测线圈具有良好的聚焦特性,能够提高成像的空间分辨率；将检测到的频率变化信号采集后存储于乒乓工作方式的数据存储系统,然后经过传输速率达到115.2kHz的串行通信接口电路送入计算机。结果信号源阵列的频率稳定度均达到0.2％,失真度(total harmonic distortion,THD)小于-43dB,输出最大电压幅度时信噪比(signaI noise ratio,SNR)均在58dB至62dB之间。存储系统存储深度为131072×16bits。系统具有良好的频率分辨率,经过数据采集后很容易进行分析和处理。对给定的分层媒质模型,检测后通过反演计算,所得电导率与模型基本符合。结论通过理论分析、计算和实例测试,系统具有较高的灵敏度,能够有效地对分层生物组织传导率进行检测和反演成像。

丛式井电磁防碰信号采集系统设计

丛式井电磁防碰是精确控制复杂结构井钻进轨迹的核心技术。基于主动防碰测距原理,研制了丛式井电磁防碰信号采集系统。硬件电路设计包括三轴传感器选型、前置放大滤波电路、A/D转换电路,数据传输系统的硬件设计;在软件设计上完成了CZT数字滤波编程和上位机界面的设计。经过实验,首先验证仪器可靠稳定,能够迅速地处理淹没于强噪声环境的微弱电磁随钻信号;其次所研制的邻井距离探测信号采集系统,最大有效测距距离可达50 m,可以满足丛式井的钻井工程实际需求。

高精度微弱磁场信号采集系统的设计与实现

微弱磁场测量是研究物质特性和探索未知世界的重要手段之一。实现高精度的微弱磁场信号测量需要设计高精度的信号采集系统,而以模拟量输出的磁强计通常需要数字采集系统进行模/数转换。为此,文章设计开发基于Σ-Δ型模/数转换器(ADC)的高精度微弱磁场信号采集系统,包括系统硬件电路设计和系统核心控制器FPGA的功能设计,实现了FPGA对ADC的读写控制,以及ADC输出数据的接收和发送等。性能测试结果表明,该系统的有效采样位数可接近理论值(21位),输出噪声RMS值为1.9μV,磁场测量精度满足0.1 nT要求。

埋地管道壁厚的瞬变电磁检测技术研究

文章介绍了基于瞬变磁场或瞬变脉冲技术对埋地管道腐蚀地面检测技术的研究及应用情况,重点分析了响应信号的性质特征、采集方法、问题解释、误差以及控制误差的思路。中国石化胜利油田有限公司对河口、孤东、胜利、东辛、滨南等采油厂的输油、输气、污水等埋地管线用瞬变电磁技术进行腐蚀检测并经开挖验证表明,管壁厚度检测符合率达93．3%,其中53%的点与实测壁厚的偏差小于3%。

用于旋转磁场标准装置的低频双路交流恒流源

为产生稳定的旋转磁场,设计了一种频率、幅值及相位均可控双路交流恒流源。恒流源以STM32单片机为核心,通过信号发生器、增益放大器和恒流源电路设计,使得恒流源输出频率分辨率优于0.1 Hz,相位差分辨率优于0.1°;利用ADS1281对两路输出电流同步采样,并采用参数估计法拟合信号幅度,拟合结果结合PID控制器对电流进行动态调整,实现输出电流的闭环控制,测试结果表明:恒流源在0.1 mA～1 A范围内输出幅值分辨率为0.1 mA,电流输出相对误差优于5‰。

三维磁场的快速测量

本文介绍采用CT技术重建三维磁场图像的圆扫描数据采集方法。与线性扫描方式相比较,提高了数据采集速度。通过对一对AlNiCo_5圆柱体任一断面上磁场的测量与成像,表明该系统具有成像速度快、清晰精确等优点。

邻井距离随钻电磁探测系统的设计与实现

邻井距离随钻探测是精细控制复杂结构井井眼轨迹的关键技术之一;基于旋转磁场测距原理,研制了邻井距离随钻电磁探测系统;该系统以安装在钻头后方的磁短节作为交变磁场发生器,位于邻井中的三轴磁场传感器作为信号接收器;针对磁场信号低频微弱特性,研制了低噪声、窄通频带、高精度数据采集电路;采用改进的DFT谱峰法,自动跟踪锁定井下三轴磁场信号,滤除其它频率的杂波和噪声,精确提取出信号的幅值;采用曼码通信将井下数据传至地面仪,地面仪据此计算出邻井之间的距离和方位,引导钻进作业;室外测试和现场试验表明,所研制的邻井距离探测系统,最大有效测距距离可达50m,可以满足SAGD双水平井和煤层气连通井的钻井工程实际需求。

基于RM3100磁传感器的舰船磁场信号采集系统设计

磁场是舰船目标识别重要的信号源之一。为获取磁场信号,设计了一种基于RM3100磁传感器的磁场采集系统。该系统采用MSP430单片机为主控芯片。介绍了整个系统的构造与控制、采集流程。给出了软件设计流程。通过模型舰船磁场测量验证了其可行性。

基于虚拟仪器的脉冲强磁场测量系统

构建了基于虚拟仪器的脉冲强磁场测量系统,该系统由硬件和软件两部分组成。硬件主要是一些可编程仪器,用来测量实验数据,通过相应的软件(人机交互界面),可实现数据的自动采集、分析和仪器控制等功能,取代了危险测试环境下的现场操作。实验表明,该系统能够自动测量出磁体参数及样品信号,并对测量数据进行轻松存储和转移。