TMR传感器阵列抗干扰测量电流新方法

隧道磁阻(TMR)传感器测量电流时易被其他磁场干扰,导致测量失准。为了解决这个问题,本文提出了一种三传感器阵列设计。通过对磁场表达式进行空间离散傅里叶变换,建立超越方程组求解测量电流。对该方法进行了数学建模、数值模拟实验、有限元分析和实验分析。实验结果表明:当测量电流为100 A、干扰电流为700 A时,数值模拟的最大误差为2.98×10^(-15);有限元分析阵列各种角度下的最大误差小于1%;在80 A的量程范围内,实验分析的最大误差为2.02%。这验证了该方法的有效性。

基于TMR传感器阵列的微电网过载电流检测方法

过载电流状态检测是微电网安全稳定运行的重要内容,针对单个传感器的测试误差问题以及测试过程中外界磁场的干扰问题,采用高灵敏度的TMR传感器构成传感阵列,减小微电网过载电流检测的测试误差.通过Ansoft Maxwell分析TMR传感器的安装位置,然后对TMR传感器阵列的模型进行了分析;最后通过测试实验,验证了所提测试方案的可行性.实验结果表明:TMR传感器阵列可以完成过载电流的检测,相比于单个TMR传感器,使用TMR传感器阵列可以将过载电流的峰值误差减少到0.12%.这对于微电网运行的状态监测提供了强有力的数据支撑.

基于E-J模型的超导/TMR复合磁传感器设计与实现

超导/隧道磁电阻(TMR)复合磁传感器具有fT级磁场测量能力,在弱磁探测领域展现出巨大应用潜力。本文基于超导材料的E-J幂指数模型,建立了超导磁放大器的COMSOL有限元仿真方法,并利用该方法研究了超导磁放大器的放大倍数随窄区宽度的变化规律。在此基础上,设计并制备了一种双窄区超导/TMR复合磁传感器,经测试结果表明:该复合磁传感器的最大磁场放大倍数达到97,且其双窄区比值与仿真结果相近,本文所提方法可行。

基于环形阵列的油管损伤三维成像检测方法研究

传统的瞬变电磁套管损伤检测技术是通过采集数据来反映套管损伤情况的二次场信息,反演套管二维壁厚曲线,为套管损伤提供解释依据。为了使套管损伤解释得更加高效、直观、精准,满足井口油管三维成像的需求,建立一种基于环形阵列式的井口油管三维成像检测系统,利用探测仪器中环形阵列分布的TMR传感器,对井口油管各个方位的信息进行采集,使得采集到的数据能够描述不同深度、不同角度的损伤情况。结合套管半径、涡流扩散时间以及径向探测角度之间的关系,通过对井口三维数据的处理,实现套管内外壁三维成像,进而实现井口油管的非对称损伤解释。通过与传统的电磁探伤曲线的对比,验证了所提井口油管三维成像检测方法的有效性,为现场套管损伤解释工作提供重要依据。

磁传感器检测磁性纳米粒子方法研究

磁性纳米粒子表面修饰后,可以与核酸、蛋白质、重金属离子等物质结合,通过检测磁粒子的磁响应信号,可以得到待测物的含量。基于电磁学理论与隧道磁阻效应,设计了一种用于检测不同质量磁性纳米粒子磁信号的测试平台。利用COMSOL Multiphysics有限元分析软件优化了磁场产生装置,改进后的线圈在通入直流电流不变的情况下,能将磁场的均匀区域扩大1.5倍,数值提高2 Gs。新型三匝线圈的实验结果与仿真结果相比最大误差为6.25%。选择了适合常规样品的磁场检测装置,分析了各类传感器的最优测量方向,测得了磁粒子质量与输出信号的关系曲线。实验结果表明:随着悬浮液中磁粒子含量的增加,隧道磁阻(TMR)传感器的输出信号也呈上升趋势,两者为线性正比关系。

隧道磁电阻(TMR)磁传感器的特性与应用

基于TMR效应的磁传感器具有灵敏度高、体积小、功耗低等诸多优点,可广泛应用于信息技术、电子电力、能源工业、汽车电子、工业自动控制及生物医学等领域。采用国内某公司开发的TMR传感器芯片,我们对TMR芯片在电子罗盘、电流传感器、角度传感器、双极锁存开关传感器、验钞机磁头等方面的应用进行了研究。本文主要介绍这些传感器的工作原理及其性能特征,并展望了TMR传感器的应用前景。

GMR传感器和TMR传感器的性能对比

磁传感器线性特性的好坏对基于磁传感器的测量系统有很大的影响。通过实验记录巨磁阻(GMR)传感器和隧道磁阻(TMR)传感器在不同的磁场强度下的输出电压以及对应的激励磁场强度,提出以大量实验和数据处理理论相结合的方法。得到两者的重复性误差和迟滞性误差以及对应的关系特性曲线图和非线性误差,从而得知隧道磁阻传感器的线性特性比巨磁阻传感器更加优越。

基于TMR磁传感器的黄曲霉毒素B1定量检测方法研究

针对现有黄曲霉毒素B 1(AFB 1)定量检测操作复杂、用时较长等问题,提出一种基于TMR磁传感器和磁性层析试纸的AFB 1定量检测方法。在垂直匀强磁场中,使用TMR磁传感器检测磁性层析试纸测试线(T线)与质控线(C线)上超顺纳米磁珠的响应信号,分析T/C值随AFB 1质量浓度变化的趋势,绘制标准曲线,最终实现AFB 1定量检测。结果表明:磁珠响应信号检测结果与线磁偶极子模型仿真结果基本一致,在毒素含量0.01~10 ng/mL范围内线性相关性良好,测量一次时间为40 s,可用于即时现场检测。

一种方波调制的TMR磁场探测系统设计与实现

为了实现对磁场信号的高精度检测,利用隧道磁阻式磁传感器,设计并实现了一种精确分辨微弱磁场场信号的锁相放大系统。使用方波调制传感器输出信号,并利用Σ-Δ型ADC实现平均下抽取结构,抑制方波带来的高次谐波干扰,提高了ADC的有效分辨率,降低了系统运算量。通过理论与实验分析,验证了系统可以有效抑制噪声与温漂对测量精度的影响,并可精确标定nT级磁场。

基于TMR传感器的车辆检测分类算法研究

车辆检测与分类是智能交通运输系统研究的核心技术之一,具有广泛的应用前景。深入研究了隧穿磁阻(Tunneling Magneto Resistance,TMR)传感器的产生机理,结合双节点动态采样机制以及车辆波形窗口斜率拐点的加权欧氏距离算法,提出了一种基于TMR传感器的车辆检测技术。经道路车辆检测数据显示,与感应线圈检测法等相比,该检测方法功耗低、使用寿命长,且不易受外界环境影响,能实时、精确地检测车流量及速率,完成车辆类型的识别与分类。

基于Lin-GA的磁性示踪粒子六自由度检测技术

针对基于永磁体和磁传感器阵列的磁定位系统中定位算法存在执行速度慢、定位精度低等问题,提出基于线性算法和遗传算法(linear algorithm-genetic algorithms, Lin-GA)的混合搜索算法。利用自制定位装置中的三轴隧道磁阻(TMR)传感器阵列采集磁性示踪粒子在空间产生的弱磁信号,首先通过线性算法利用磁场绝对向量信息进行粗定位,再利用遗传算法对示踪粒子的六自由度参数进行并行寻优,最终实现对磁性示踪粒子三维位置和三维方向的空间信息反演。实验结果表明,基于Lin-GA的混合搜索算法具有更高的定位精度和更短的执行时间,平均定位误差为(0.55±0.10) mm,平均定向误差为(0.68±0.30)°,平均执行时间为(30.49±4.89) s。

磁性纳米颗粒质量检测方法研究

提出一种基于亥姆霍兹线圈和TMR磁传感器的磁性纳米颗粒质量检测方法和装置,在匀强磁场下使用TMR磁传感器对不同质量的磁性纳米颗粒弱磁响应信号进行检测,分析磁响应信号随质量变化的趋势并绘制标准化曲线。结果表明:磁性纳米颗粒弱磁响应信号同质量之间呈正相关函数关系。所提方法和装置为进一步研究磁性纳米颗粒用于免疫分析和单分子检测以获取其他相关信息提供了理论基础,具有良好的应用前景。

基于TMR的二线制角度传感器设计

隧道磁阻（TMR）相比于传统磁敏感元件具有功耗低、体积小、灵敏度高、温度特性好等优点。基于TMR芯片设计的两线制非接触式角度传感器,遵循低功耗原则设计了硬件电路,软件上完成对芯片输出正弦曲线的修正和角度的校准,通过XTR115芯片实现了工业二线制4-20 m A标准输出,能对360°全角度进行精确测量。实验证明：该角度传感器精度达到设计要求,特别适用于需要远距离传输信号的工业现场。

基于TMR传感器的脉冲涡流C扫描成像技术研究

针对直线结构的阵列探针存在探针越远离线圈内径位置,存在相同位置缺陷的差分信号峰值越小的问题,提出了基于TMR传感器在同一激励线圈内半圆弧“等横向间距”布置的方法,并设计了一款新型脉冲涡流C扫描成像装置。研究结果表明,对于铜板不同形状的缺陷,通过C扫描并对扫描结果进行折算和阈值分割后绘制的等高线图能够很好地复现缺陷的形状,成功实现了铜板不同形状缺陷的二维成像,进而验证了该方法的有效性和可行性。

基于隧道磁电阻(TMR)效应的齿轮传感器设计与性能

采用有限元软件对TMR齿轮传感器进行模拟仿真,对比分析后发现凹槽形长方体磁体可以有效优化齿轮传感器的磁路结构。根据齿轮传感器的特点和应用,分析了相关的TMR性能参数,采用最小电阻间距0.25mm的TMR芯片结构设计,以惠斯通电桥为基本的连接方式,制备出一系列基于TMR效应的齿轮传感器。通过示波器采集传感器模拟输出,全面分析了TMR芯片电阻间距、齿轮周期间距、空气间隙等因素对输出的影响,结合方波输出信号,对传感器进行功能性验证。结果表明,此传感器具有信噪比高、响应频率高、温度特性好、大的空气间隙等特点,可实现对齿轮的速度、移动方向、缺齿等方面的检测,具有广阔的工业应用前景。

基于ACFM技术的阵列TMR探头及裂纹检测系统开发

隧道磁电阻(TMR)是近年来发展的一种高精度磁传感器,在交流电磁场检测(ACFM)领域有很好的应用和发展前景。基于TMR传感器和交流电磁场检测技术,采用宽U型激励,设计了一种新型高精度阵列检测探头。借助TMR阵列探头,搭建完整的ACFM系统,开展了裂纹检测试验。试验结果表明,使用该探头的ACFM检测系统具有较大的检测范围和较高的检测灵敏度,在实现工件大面积检测的同时,可有效防止漏检。

基于TMR磁传感器的电力系统大电流测量

针对传统电力系统大电流测量方法存在体积大、测量范围窄、数字化程度低的问题,提出了一种新型的基于隧道磁电阻(TMR)磁传感器阵列测量大电流的方法。叙述了TMR效应和传感器的测量原理,利用磁传感器测量输入—输出特性,推导出电流测量数学模型,建立了磁传感器安放拓扑结构,解决了三相电流磁场相互干扰情况下电流测量不精确问题。以10 kV高压开关柜为基础,设计出一种实验系统对测量模型进行验证。对采集数据进行拟合分析,得到影响磁传感器测量精度的2个因素:传感器安放位置和测量范围。通过对安放位置进行优化,确定磁传感器最佳放置位置。计算结果表明:TMR磁传感器具有很好的精度,能够达到测量要求。

TMR磁传感器的水下弹丸坐标测试技术研究

针对声学、视觉等水下定位方法对水体环境要求较高、隐蔽性差的问题,提出基于磁传感器的水下飞行物空间坐标测试装置。该装置采用多个隧道磁敏电阻(TMR)传感器组成区截靶,通过标定可以建立测试点磁场强度与该点和磁化飞行物距离的映射关系。通过该映射关系,可以把TMR传感器测得的磁场强度转化为各个传感器与磁化飞行物的距离。最后通过基于最小二乘的接收信号强度(RSS)法估算出飞行物通过区截靶时的空间坐标。仿真和实验结果表明该装置测距精度可达0.2 cm,定位精度可达0.3 cm,可以实现对水下飞行物的定位。

基于TMR传感器的钢丝绳损伤漏磁检测研究

以钢丝绳损伤漏磁检测为研究背景,采用隧道磁电阻(TMR)传感器周向布置的方式检测漏磁场,根据TMR传感器的输出特性,基于仪表放大器、电压跟随器、求和电路设计了信号预处理电路。试验结果表明,TMR传感器能够在一定提离值范围内检测到钢丝绳损伤漏磁信号。

TMR磁传感器磁通调制结构温度稳定性研究

隧道磁电阻(TMR)磁传感器在生物磁场、目标探测、地磁导航、无损检测等领域均有极大的发展潜力,但1/f噪声极大限制了其低频磁场探测能力。基于压电谐振的磁通调制结构能够将1/f噪声降低近2个量级,但其调制效率受温度影响明显。为提高调制结构的温度稳定性,提出了一种相幅双闭环温补控制方法。测试结果表明:调制结构在0~40℃的变温范围内振幅波动约为0.01%/℃,远低于补偿前的0.19%/℃,稳定性提升约19倍。