数字式磁通门磁强计设计.pdf

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1、数字式磁通门磁强计设计高双，翟琳±海诲事大学航i技术与控制I程交通i辖郭重点实验室，t海2013(_制棱心，完成系统的协同控制工作以及人机变互功能关键镯：磁通门；DSP；ARM．数字滤波中围分类号：TP21213文献标识码：A文章螭号：10054354(2011)03-90274)3DesignofDigitalFluxgateMagnetometerGAOShuang．ZHAILin(KeyI

2、日bamtorfManncT∞hn01％y＆Con【10lE呷“一qMinistr)c⋯川l∞自．卧Ⅻ

3、曲∞M扪¨舭University．ShⅡ“201306ChⅢ)Abstract：hthispaper．DSP∞thec州ofsigoalP⋯。昭‘“thedlgilalfl姐gate，帖g憎』⋯r，is“j耐tot’印7啦_ethe靴g”㈣f珊ul⋯to一⋯lddnlk水Ⅲ搬inskadofIradltw加l。,,olog州c州F蚍铲ko⋯sigⅢgpa)【*ssingWithAMⅢthesystem∞mr。№rc口meletesystem∞m“and∞f№m^⋯一c”w⋯㈣H^wtlonKeyw

4、ords口wⅢ。；DSP；ARM；digitalfillering0引言磁通门传感器在弱磁场测量方面具有测量范围宽，分辨率高．结构上简单、可靠、耐用等特点，被广泛应用于地醋研究、无损探伤、空间测量等领域现在使用的磁通门测破仪主要采H{模拟电路实现信号处理功能．包括滤波，整流积讣环节等用单片机实现管理控制部分，包括控制^机空互、数{I}传输等，迁包括A／D．D／A转换等模块由于存在大量的模拟器件造成设备体积大结构复杂．维护小便，线路容易老化，且受环境影响较大‘因此本文采用数字化设计，将蓝通门传感器的

5、输出信号转换为数字信号，冉通过DSP对数字信号进行处理，提高设备抗干扰能力经测试，奉系统的分辨率为：1nT。零点漂移值△≤lnT，精确度为1nT1磁通门信号处理方法酣通『J传感播的基本原理是基r磁芯材料的非##日■：20114)218$}∞n：自m(1985)*，H±*％±．*AA自女n月j∞^#}线性化特性，时于外磁场米说．磁通门好像是一道“门”．它将环境磁场揭制成偶次谐波感应电势．其中包含r外磁场的相关信息因此可以用特定的方法将其偶次谐波提取出来．进而反求出磁场特征的表征量在实际使用过程巾通常

6、是从二次谐波中提取信息将二次谐波通过特定的方法进行滤波．检波，整流，积分等(见图I)．得到一十直流电压值，其符号表示外磁场0磁通门传感器轴向的相对位置，其大小表示外磁场的在磁通门传感器轴向方向分最的大小81学2硬件设计在激励电流作用下，磁通门传感器的感血线圈产技术篇201J毕第=斯27生反应环境磁场特征的谐波信号，经A／D高速采样后传送给DSP．DSP对输入的数字信号依次经过滤波、相敏整流、数字积分等环节后得到反应外界磁场的直流数字信号，经过校准补偿后传递给ARM控制器，进行显示以及人机交互处理．

7、同时输出到D／A转换芯片．D／A输出信号通过反馈回路输入到磁通门探头的反馈线圈形成闭环系统．由于采用闭环系统，并且在前向通道上设置了积分环节，因此该系统为无差系统．磁通门探头实际上是工作在零磁场条件下，也就是说反馈电流产生的磁场与环境磁场大小相等、方向相反；在这种情况下，磁强计能够快速反映出磁场的变化情况，提高测量效率．图2数字式磁通门磁强计硬件结构图采用DSP和ARM双处理器分工合作，其中DSP主要负责完成数字信号的处理，ARM负责完成对整个仪器的控制．DSP采用Ti公司的TMS320VC550

8、9A，主频为144MHz，可实现高速、大容量数字信号处理．磁通门探头采集的数据经A／D转换成数字信号，然后在DSP中进行滤波，相敏整流，积分处理，将二次谐波转化为相应的直流电压信号，进而确定磁场强度和方向．最后DSP将这些信息输入到ARM控制芯片，进行显示．A／D转换器将模拟信号变成DSP可处理的数字量，是DSP进行数据处理的基础．系统中采用芯片AD7710，分辨率24Bit．每个探头配有一个A／D转换器，数据转换过程由DSP控制，转换所得数据直接进入DSP等待处理和传送．D／A转换器采用DAC7

9、664EB，分辨率为16位，线性误差为1LSB，转换时间为lOus．ARM控制器采用LPC2366芯片，主要负责激励信号的产生、液晶显示，键盘接口的控制等．3软件设计在本系统中DSP芯片的主要用于对磁通门信号的处理，主要有滤波，相敏整流，积分等环节，其目的28第三期2011年技术篇在于滤除采样过程中的噪声信号和干扰信号，提取出二次谐波所携带的信息，进而计算出被测磁场的方向和大小．ARM的主要作用在于对于整个系统的协调控制，使系统正常运行．3．1滤波滤波的主要作用是滤除在采样过程中出