磁传感器阵列测量大电流实验系统

电力系统中现有的大电流测量设备往往存在体积大、测量范围窄、绝缘困难等缺陷,故提出了使用磁传感器阵列测量交直流大电流的思路,该测量方法具有体积小、成本低、非接触测量、交直流通用、可数字化输出等优点。为了分析在实际系统中影响该方法测量精度的若干因素,利用基于离散傅里叶变换(DFT)的多相大电流测量算法,设计了大电流实验测量装置,并使用该装置进行了一系列不同母排形状的测量实验,并对各测量环节产生的误差来源进行了理论分析。实验结果验证了本测量方法的有效性。

基于卡尔曼滤波的磁传感器阵列电流测量

单个磁传感器非接触式测量电流容易受到干扰磁场的影响,通过使用多个磁传感器组成的 阵列进行非接触式电流测量可以排除干扰的影响。在建立多传感器阵列测量模型的基础上,提出 基于卡尔曼滤波的非接触式多传感器电流测量,并介绍了状态值最优估计和最优稳态滤波算法。 为了减少传感器个数,提高实用性,提出次优稳态滤波算法。在不同的干扰情况下,对该算法进行 了仿真和实验。结果说明基于卡尔曼滤波的信号处理算法,不但可以降低环境影响带来的误差,而 且减轻了多传感器非接触式电流测量的计算负担。

磁传感器阵列测量大电流的传感器拓扑问题研究

磁传感器阵列通常以非接触方式安放在多导体系统的周围空间用来测量电流。为研究磁传感器阵列拓扑而引起的理论误差,基于离散傅里叶变换(DFT)的电流测量算法,建立了以求解系数矩阵条件数最小值为目标函数的磁传感器阵列拓扑优化模型,并提出了若干优化约束条件。该数学模型可以同时适用于交流和直流的多母排平行导体系统测量大电流。最后,以三相电流测量系统磁传感器拓扑的优化问题为例给出了求解步骤,MATLAB仿真与实验结果验证了优化数学模型的有效性。

基于FPGA和磁传感器阵列的磁场扫描系统

为实现铁磁性物体的无损检测,设计了一种基于FPGA和磁传感器阵列的磁场扫描系统。本系统采用了FPGA作为主控器,其中包含了AD配置模块、AD接口模块和数据缓存模块,FPGA控制传动装置进行扫描,通过磁传感器阵列扫描将磁场转换为对应的电压信号,通过以AD7768为核心的模数转换模块将电压信号传送给FPGA,实现8路并行高速磁场数据采集,然后在FPGA中通过双线性插值和伪彩色转换算法的处理,把采集的磁场数据转换成磁场分布的图像,存储在SD卡中并在LCD中实时显示。实验中,使用磁场扫描系统对环型磁铁、磁化后的铁丝、内嵌于木板中的铁钉、剥线钳和尖嘴钳进行了磁场扫描,采用基于磁通量与大津法为基础的程序处理,对物体进行定位与识别,定位的均方根误差平均值为3 mm,测量的长度接近实际物体的长度,能够辨别磁性物体的位置和方向,能够通过物体的特征磁场识别磁性物体,达到对铁磁性目标的无损检测和识别的目的。本系统采用了以FPGA ZYNQ7010、AD7768、HMC1001为主的电路采集磁场数据,具有采集速率高、扩展方便、功耗低,能获取磁场空间分布图像等优点,可以应用于铁磁性目标的定位和识别等领域,如安全检测、地下水下的磁性目标探测等。

磁传感器阵列测量瞬态电流的新算法

不借助如聚磁环等辅助装置,直接利用磁传感器组来测量载流导体周围的磁场,进而反算待测电流是电力系统大电流测量的一种新思路。为了快速计算电流,尤其是电力系统中常见的瞬态电流,同时确保测量的准确性,文中研究了测量频带内磁场分布的动态特性,在时域中建立了基波电流与磁场幅值对应关系的瞬态电流计算模型。以三相矩形母排系统为例,研究了该测量模型适用的磁传感器组放置区域,并分析了误差的来源。最后利用实验验证了该模型的有效性。

利用磁传感器阵列磁场差值的舰船磁场反演建模方法

为抑制地磁场变化、人工设施磁干扰等磁场环境噪声干扰的影响,提出一种利用磁传感器阵列磁场差值的舰船磁场反演建模方法。对于每个测量时刻分别给出磁传感器阵列中各个磁传感器间磁场差值的计算公式,采用三维舰船磁单极子阵列模型构建利用磁场差值进行舰船磁源反演的线性方程组,基于正则化技术求解得到舰船反演磁源模型。通过典型虚拟舰船磁场进行验证实验。结果表明:该建模方法能够消除相关性磁场环境噪声的干扰影响,实现在磁噪声环境中的舰船磁场高精度反演建模,验证了方法的有效性;使用新方法,不需要设置地磁参考传感器,相应设施的建设成本低、选址容易,为磁噪声环境中舰船磁场测量数据的高精度反演建模提供了新的技术选择。

磁传感器阵列布置形式对铁磁目标磁场信息量获取的影响

为进行铁磁目标磁场的精确建模,利用磁传感器阵列测量了铁磁目标周围特定区域的磁场分布,根据测量数据重建铁磁目标的磁源分布,并以观测矩阵的奇异值坡度为评价标准对磁传感器阵列所获得的铁磁目标磁场信息量进行评估。通过将理想和简化布置形式下的磁传感器三分量阵列和垂直分量阵列进行对比分析,发现与垂直分量阵列相比,三分量阵列更具优势,而简化三分量阵列则因其具有可获得充分的磁场信息、能减少测量点数、占地最小等优点成为实际工程中最可取的阵列形式。

磁传感器阵列技术及其应用

磁测量技术被应用于越来越多领域的同时,单个磁传感器仅能测得被测磁场中某点处有限信息的局限性也逐渐显现出来。为了提高磁测量技术性能,扩大磁场测量的空间尺度和范围,并且实现对磁场信息更深层次、更多视角的利用,磁传感器阵列技术逐渐发展起来。文中基于对磁传感器阵列技术在几个领域应用实例的整理和归纳,总结出磁传感器阵列技术具有测量范围大、准确度高、可靠性好、可与时间和空间进行联合解算等优点,但同时也存在成本高、控制难度大、存在位置校准误差和噪声干扰等不可回避、必须解决的问题,进而展望了磁传感器阵列技术的发展前景。

相位差法测量磁传感器阵列的非平行度

随着磁传感器技术及磁测技术的发展,通过测量磁梯度张量进行磁探测及磁定位已成为磁探领域的新方法。但在磁梯度张量测量过程中,由于机械安装的误差导致的磁传感器阵列中各传感器的磁轴的不平行将会极大的降低磁定位的精度。本文提出了一种易于实现的磁传感器阵列非平行度测量方法——相位差法,并通过试验验证了其有效性。

基于磁传感器阵列的多磁源参数反演方法

针对传统磁源参数反演方法中存在受噪声影响大、对多个磁源参数反演能力差的问题,提出了基于磁传感器阵列的多磁源参数反演方法。首先,将磁传感器阵列测量得到的磁张量数据转化为归一化磁源强度并向上延拓,降低归一化磁源强度数据中高频噪声的影响。然后,利用基于归一化磁源强度的改进倾斜角对磁源的水平位置进行估计,其中计算区域内正极值的极大值点为磁源的水平位置。最后,根据归一化磁源强度的欧拉同性质方程,提出改进的磁源深度估计方法,实现了对磁源的深度和磁矩进行单点估计。仿真和实验结果表明,与Nara反演方法相比,本文方法不受地磁背景磁场的影响,对多磁铁识别的水平误差不大于0.08 m,深度相对误差不大于24.76%,且具有较强的抗噪性。

利用磁场差值的水下磁传感器阵列校准技术

为了实现磁噪声环境中水下磁传感器阵列位置和姿态的高精度校准,提出一种利用动态磁源和阵列磁场差值的磁传感器阵列校准方法。构建校准设备、水下磁传感器阵列和磁噪声环境的数学模型,对一字型、十字型和四面体型的水下磁传感器阵列进行定位定姿校准的数值仿真验证实验,分别利用阵列磁场差值和直接使用磁场值的方法对水下磁传感器阵列的位置和姿态进行求解。实验结果表明:对于水下20 m深度处的磁传感器阵列,利用磁场差值的方法可实现位置和姿态的高精度校准,在校准精度和稳定性方面都要优于直接使用磁场值的方法;对于不同类型的磁传感器阵列,十字型阵列的定位误差均值为0.13 m,角度误差均值为0.51°;一字型阵列的定位误差均值为0.13 m,角度误差均值为0.82°;四面体型阵列的定位误差均值为0.16 m,角度误差均值为0.89°。新方法和技术不易受地磁场环境噪声干扰的影响,具有较高的应用潜力。

基于阵列MEMS磁传感器的测量与标定方法

针对MEMS磁传感器存在测量噪声大的问题,利用MEMS磁传感器体积小的特点,设计了阵列形式的MEMS磁传感器测量模块,减小了测量噪声对标定结果的影响。通过合理的硬件设计,实现同一时刻采集32个MEMS磁传感器信号。在硬件设计基础上,通过对阵列MEMS磁传感器建模与分析,设计了基于阵列MEMS磁传感器的标定方法。通过仿真及实物系统实验,验证了所提出方法的有效性。系统实验结果表明,采用阵列MEMS磁传感器标定结果的归一化模值标准差较单个磁传感器减小了70%。

一种磁性目标定位跟踪系统的标定方法

文章磁目标跟踪系统选用霍尼韦尔HMC1043磁传感器阵列来采集永磁体的磁场信息,并实现定位。由于磁场传感器阵列的各传感器位置、方向和灵敏度直接影响系统定位的精确度,所以要求对这些磁传感器参数进行准确的标定。文章针对磁传感器阵列的标定问题提出了目标误差函数和优化计算方法。通过对所有参数的迭代计算和优化更新使目标误差函数达到最小,完成对磁传感器的位置、方向和灵敏度等参数的标定。文章方法已对实际传感器系统实施应用。在MATLAB环境下,PC机采集目标磁体的磁场信号,通过算法计算确定所有磁传感器的位置、方向和灵敏度,完成标定。通过文章方法的标定,系统定位精度有明显的提高,本方法的可行性和合理性也因此得到验证。

消化道微型诊疗装置磁定位系统的软件设计

为实现对消化道微型诊疗装置在人体内的实时定位与跟踪,使用可视化工具包(VTK)在VC++.Net平台下设计了可应用于消化道微型诊疗装置的定位跟踪软件。该软件采用多线程处理技术,在实时检测电子胶囊内磁标记物的空间磁场信息基础上,利用非线性最优化算法求解出电子胶囊位置和姿态信息,最后将定位结果以二维和三维的形式实时显示并存档。实验结果表明:该程序在基于磁通传感器阵列的硬件平台下,能够稳定的实现磁传感器阵列的数据采集,对非线性最优化磁定位算法进行实时处理,以及空间定位结果的二维、三维显示和数据保存三项任务的流水线并行处理和数据回放等功能,每次传感器阵列数据采集时间小于2 s,定位算法时间小于600ms。该软件可实时处理定位信息的采集、处理运算及结果显示,能满足消化道内微型装置实时跟踪定位的需要。

一种智能小车自主寻/循迹系统设计

为了实现智能小车自主寻/循迹的要求,提出了一种基于磁传感器阵列的智能小车自主寻/循迹系统设计方案;该方案从分析小车寻/循线过程中可能遇到的路径状况出发,利用磁传感器相对导引线位置不同采集的信号具有较大差异的特点,通过对多个传感器进行合理布局,结合相应的算法,根据实时解算的信号关系得到小车当前位置信息,进而通过反馈控制小车执行相应的动作,最终实现小车自主线外寻迹,线上循迹的功能。

管道定位与检测系统研究

为了优化和改进我国管道检测技术的手段 ,对管道的位置检测和工况检测技术进行了研究。基于漏磁检测为原理 ,由磁敏传感器阵列获得的管壁信息 ,加速度传感器获得管道的位置信息 ,并采用VC ++对信息进行分析。结果表明该方法适应于定位和工况检测要求。

基于磁异常反演的磁航向误差实时补偿方法

针对磁航向估计受浅场磁异常干扰的问题,提出了一种基于磁异常反演的磁航向误差实时补偿方法。该方法首先利用设计的新型磁传感器阵列测量磁异常源产生的磁梯度张量数据,然后联合位置、磁矩及磁标量信息进行浅场磁异常三维磁矢量的单点反演,最后在背景地磁矢量场准确估计的基础上完成磁航向误差的实时补偿。实验结果表明,该方法可实现存在浅场地磁异常情况下的磁航向准确估计。