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非晶丝地磁传感器研究

作　者: 李刚
导　师: 马广程
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 非晶丝 巨磁阻抗效应 磁传感器 信号处理
分类号: TP212.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 74次
引　用: 5次
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内容摘要


随着先进磁传感材料、电子学和地磁学的发展,地球磁场在定向技术、航天环境监测和预报、海空智能武器的研发,尤其是导航、制导领域展现出了巨大的潜力。利用非晶丝的巨磁阻抗(GMI)效应开发的磁传感器具有高灵敏度、快速响应、体积小、低成本等特点,可以满足地磁导航对于磁测传感器的要求。本文的研究内容是以预研项目为背景,对地磁导航关键技术中的地磁传感器研制部分进行了积极地探索。首先,在对非晶丝巨磁阻抗效应机理进行分析的基础上,研究了非晶丝巨磁阻抗效应与外加磁场、激励电流频率、非晶丝长度的关系。实验结果表明GMI效应在磁场作用下呈现对称双峰行为,阻抗变化率与磁场灵敏度均与激励电流频率有密切关系,这为传感器的设计提供了依据。其次,在掌握非晶丝特性的基础上,利用其作为敏感元件设计并实现了一种基于非晶丝巨磁阻抗效应的地磁传感器。通过负反馈设计实现了闭环测量,设计了传感器的信号处理电路,并在零磁场屏蔽标定系统中对传感器进行了测试和标定,得到了传感器的各项性能指标,并对影响传感器性能的主要因素进行了分析。结果表明,通过负反馈设计提高了传感器的线性度和测量范围。最后,对传感器输出信号噪声来源及噪声特性进行分析,采用滑动平均滤波、数字低通滤波、前向线性预测滤波、小波变换阈值滤波四种方法对传感器输出信号进行去噪处理,并对去噪效果进行对比分析。结果表明,基于3σ准则的小波变换阈值滤波的去噪效果最好,综合考虑去噪效果与实时性,前向线性预测滤波更适用于本系统。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 课题的来源、研究背景及意义  8-10
    1.1.1 课题来源  8
    1.1.2 课题研究背景及意义  8-10
  1.2 课题的国内外研究概况  10-12
  1.3 论文主要工作及内容  12-14
第2章 非晶丝巨磁阻抗效应研究  14-25
  2.1 非晶态合金综述  14-15
    2.1.1 非晶态合金  14
    2.1.2 非晶态合金的传感器特性  14-15
  2.2 巨磁阻抗效应的基本理论  15-20
    2.2.1 巨磁阻抗效应的发现  15-16
    2.2.2 巨磁阻抗效应机理分析  16-18
    2.2.3 巨磁阻抗效应的不同驱动方式  18-20
  2.3 巨磁阻抗效应的实验研究  20-24
    2.3.1 实验结构设计  20-21
    2.3.2 外加磁场与GMI 效应的关系  21-22
    2.3.3 激励电流频率与GMI 效应的关系  22-24
    2.3.4 非晶丝长度与GMI 效应的关系  24
  2.4 本章小结  24-25
第3章 地磁传感器设计  25-47
  3.1 传感器工作原理及敏感元件结构  25-28
    3.1.1 传感器闭环结构设计及原理分析  25-27
    3.1.2 敏感元件特性及结构设计  27-28
  3.2 GMI 地磁传感器电路设计  28-38
    3.2.1 信号发生电路设计  28-30
    3.2.2 前置放大电路设计  30-31
    3.2.3 峰值检波电路设计  31-33
    3.2.4 低通滤波电路设计  33-36
    3.2.5 差分放大电路设计  36-37
    3.2.6 压控恒流源电路设计  37-38
  3.3 传感器测试结果与标定  38-46
    3.3.1 开环测量结果与分析  39-41
    3.3.2 闭环测量结果与分析  41-46
    3.3.3 传感器性能影响因素分析  46
  3.4 本章小结  46-47
第4章 地磁传感器信号处理  47-64
  4.1 信号采集与噪声分析  47-49
    4.1.1 信号采集与处理平台  47-48
    4.1.2 地磁信号噪声分析  48-49
  4.2 地磁信号去噪的滤波算法  49-53
    4.2.1 滑动平均滤波  50-51
    4.2.2 数字低通滤波  51-52
    4.2.3 前向线性预测滤波  52-53
  4.3 地磁信号的小波阈值去噪  53-61
    4.3.1 小波变换与多分辨率分析  54-56
    4.3.2 小波分解与重构算法  56-58
    4.3.3 小波阈值去噪原理  58
    4.3.4 小波阈值去噪仿真  58-61
  4.4 几种滤波算法的去噪效果对比分析  61-63
  4.5 本章小结  63-64
结论  64-65
参考文献  65-68
附录1  68-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 物理传感器 > 磁性传感器
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