当前位置：文档之家 › 空间磁场检测

空间磁场检测

  • 格式：pdf
  • 大小：9.14 MB
  • 文档页数：56

西安理工大学硕士学位论文
ＩＶ
目录
摘要……………………………………．…………．…………Ｉ
目录……………………………………………………………Ｖ
１绪论…………………………………………………………．．１
１．１研究背景及意义………………………………………………．．１ １．２国内外研究进展………………………………………………．．２ １．３磁场测量简介…………………………………………………．３ １．４论文研究内容及结构安排…………………………………………５
ｄｅｓｉｇｎ ｔｏ ｗｉｎｄｉｎｇ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｓｅｎｓｏｒ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｅｎｓｏｒ ｃｏｉｌ ｐｒｏｂｅ．Ａｇａｉｎ，
Ｓｅｌｅｃｔ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｙｏｕ ｎｅｅｄ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｄｓＰＩＣ３０ｆ４０ １ ２ ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐ ａｓ ａ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ
ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．
Ｍａｉｎｌｙ ｆｒｏｍ ｔｈｒｅｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ：ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒ ｃｏｉｌ ｄｅｓｉｇｎ，ＰＣＢ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄｓ，ＰＣ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｆｉｒｓｔ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｂａｓｉｃ
ａ．信号调理………．．………．………………………………．．３０ ｂ．频率测量…．………………………………………………．３１ Ｃ．通信电路…．………………………………………………．３２ ４．５软件系统设计…………………………………………．……．．３３ ４．５．１频率检测……．………………………………．．…………３３ ４．５．２数据采集通信…．．．……．．．………………………………．．３３ ４．５．３ ＰＣ上位机界面………………．……………………………３４
ｔｏ ｄｒａｗ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ ｄｅｎｓｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐａｃｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ；ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ ｄｅｎｓｉｔｙ；ｍａｔｌａｂ ＧＵＩ； ｄｓＰＩＣ３ ０ｆ４０ １ ２ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ
主要从传感器线圈设计、ＰＣＢ电路版设计及制作和上位机界面三个方面进行研究。论 文首先介绍了基本的磁场测量方法，叙述了交变磁场的研究背景和意义，指出了研究内容。 其次，分析载交流线圈产生的交变磁场，给出了不同形状线圈产生的磁场的磁感应强度的 计算方法，根据毕奥萨法尔定律计算常见载交流线圈产生的磁场的磁感应强度大小，并用 Ｍａｔｌａｂ仿真其磁场空间分布。在此选择圆电流线圈产生的交变磁场作为待测磁场，通过 计算和设计，绕制能提高传感器精度的三维传感器线圈探头。再次，选择能实现需要功能 的ｄｓＰＩＣ３０ｆ４０１２单片机作为测量系统控制芯片，旨在用３路同时采样的ＡＩＤ值拾取三维 线圈感应电压，结合放大电路、滤波电路、加法电路、频率检测等外围电路模块实现数据 采集处理等功能。最后，使用ＲＳ－２３２串行通信传递采集到的数据到ＰＣ端Ｍａｔｌａｂ ｇｕｉ界 面，处理采样结果和显示交流磁感应强度波形。通过测量实例验证磁场检测装置。另外， 对待测线圈附近某些点逐点测量则可绘制空间磁感应强度分布曲线。
ｃｉｒｃｕｉｔ，ｆｉｌｔｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ，ａｎ ａｄｄｅｒ
ｃｉｒｅｕｉｔ．ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｍｏｄｕｌｅｓ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ．
Ｆｉｎａｌｌｙ，ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＲＳ．２３２ ｓｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｈｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｄａｔａ ｔｏ ｔｈｅ ＰＣ ｓｉｄｅ
关键词：交变磁场测量；磁感应强度；ｍａｔｌａｂ ＧＵＩ；ｄｓＰＩＣ３０ｆ４０１２单片机
西安理工大学硕士学位论文
●———————————ｈｂ—ｓ—ｔ—ｒ—ａ—ｃｔ—————————————————————————————————一
Ｔｉｔｌｅ：Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｍｅａｎｓ
２电磁感应法测磁理论和探讨…………………………………………７
２．１电磁感应法测磁的相关理论………………………………………．７ ２．１．１磁场介绍及磁学量…………………………………………．．７ ２．１．２感应法测磁规律……………………………………………．８
２．２电磁感应法测磁探讨……………………………………………１０ ２．２．１直导线周围磁场计算与仿真…………………………………．．１０ ２．２．２电磁感应现象仿真…………………………………………．１１
学位论文使用授权
本人作为学位论文作者了解并愿意遵守学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 在导师指导下创作完成的学位论文的知识产权归西安理工大学所有，本人今后在使用 或发表该论文涉及的研究内容时，会注明西安理工大学。西安理工大学拥有学位论文的 如下使用权，包括：学校可以保存学位论文；可以采用影印、缩印或其他复制手段保存 论文；可以查阅或借阅。本人授权西安理工大学对学位论文全部内容编入公开的数据库 进行检索。本学位论文全部或部分内容的公布（包括刊登）授权西安理工大学研究生学ｔａｋｅ ａ ３－ｗａｙ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｓａｍｐｌｉｎｇ Ａ／Ｄ ｖａｌｕｅ ｐｉｃｋｕｐ Ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｃｏｉｌ
ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇ ｉｎｄｕｃｅｄ ｖｏｌｔａｇｅ．Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｃｉｒｃｕｉｔ ｍｏｄｕｌｅ ｓｕｃｈ ａｓ
ｆｌｕｘ ｄｅｎｓｉｔｙ ｓｉｚｅ，Ｍａｔｌａｂ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．Ｓｅｌｅｃｔ ａ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｕｒｒｅｎｔ
ｃｏｉｌ ｇｅｎｅｒａｔｅｓ ａｎ ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ａｓ ａ ｔｅｓｔ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ
经过学校保密办公室确定密级的涉密学位论文，按照相关保密规定执行；需要进行 技术保密的学位论文，按照《西安理工大学学位论文技术保密申请表》内容进行保密（附 《西安理工大学学位论文技术保密申请表》）。
保密的学位论文在解密后，适用本授权。
论文作者签名：兰埠导师签名： 土二、ｆＩ７诹二一一／ 山ｐ年弓月砂７日 ｌ
４空间磁场检测装置组成……………………………………………２３
４．１芯片应用概述…………………………………………………２３ ４．２设计平台介绍………．………………………………………．．２５
４．２．１ ＩＣＤ２．５ＵＳＢ介绍……………………………………………２５ ４．２．２编译环境介绍……………………………………………．．２６ ４．３测量系统总体设计……………………………………………．．２７ ４．４硬件电路…………．．……．…………………………………．２８ ４．４．１系统主电路设计……………．……………………………．．２８ ４．４．２外围电路设计…………………．…………………………．３０
独创性声明
本人所呈交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知， 除特别加以标注的地方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同志对本 文的研究工作和成果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。
本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任。
论文作者签名：盘．逾 知Ｊ≥年 月幻日
摘要
论文题目： 空间磁场检测装置的研制 学科专业： 检测技术与自动化装置 研究生： 张瑜 指导老师： 刘庆丰副教授
签名： 签名：
摘要
磁参数测量技术从２０世纪初开始到现在，不论从测量手段、测量精度还是测量原理 上都得到了极大的提高。本文采用基于法拉第电磁感应定律为原理的电磁感应磁场测量方 法，设计能消除角度影响的三维探测线圈传感器，基于ｄｓＰＩＣ３０ｆ４０１２单片机制作了能测 量空间“点”磁场装置。
Ｍａｊｏｒ：Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ
Ｎａｍｅ：Ｙｕ Ｚｈａｎｇ
Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ：
Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ａｓｓｏｃｉａｔｅ ＰｒｏＬＱｉｎｇｆｅｎｇ Ｌｉｕ
Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ：
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｅａｒｌｙ ２０ｔｈ ｃｅｎｔｕｒｙ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ， 、ｖｈｅｍｅｒ ｆｌｒｏｍ ｔｈｅ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｆａｒａｄａｙ’Ｓ ｌａｗ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ，Ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ．ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｃｏｉｌ ｓｅｎｓｏｒ ｔｏ ｅｌｉｍｉｎａｔｅ ｔｈｅ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｉｍｐａｃｔ．Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｃｌ ｄｅｖｉｃｅ ｃａｐａｂｌｅ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｓｐａｃｅ”ｐｏｉｎｔ”ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｓＰＩＣ３ ０ｆ４０ １ ２
３传感器和待测磁场……………………………………‘…………．１５
３．１传感器及其特性………………………………………………．１５ ３．２传感器线圈设计………………………………………………．１６

合集下载

宇宙磁场;宇宙中的磁力奇观(宇宙 磁场)

宇宙磁场;宇宙中的磁力奇观(宇宙 磁场)

宇宙磁场;宇宙中的磁力奇观宇宙中的磁力奇观一直是天文学家和物理学家们感到着迷的领域。

宇宙本身就是一个巨大而神秘的地方，而宇宙磁场则进一步增加了它的神秘色彩。

磁场在宇宙中的存在可以影响星系和银河系的形成和演化，并产生令人难以置信的现象。

首先，我们需要了解什么是磁场。

磁场是由运动电荷产生的力场，可以对其他运动电荷施加力。

在地球上，磁场可以通过指南针等工具检测到。

然而，在宇宙中，磁场要复杂得多。

宇宙中的磁场可以分为两类：微弱磁场和强磁场。

微弱磁场广泛存在于宇宙中，包括星际介质、太阳风和星际空间。

这些微弱的磁场与宇宙射线和宇宙微粒有关，可以影响它们在宇宙中的传播和行为。

另一方面，强磁场只存在于非常特殊的地方，例如恒星表面、脉冲星和星际介质中的磁云。

这些强磁场可以产生令人难以置信的现象，例如引力波、电子加速和高能宇宙射线。

恒星表面的磁场是最典型的强磁场之一。

太阳的表面磁场可以通过观察太阳黑子来检测到。

黑子是太阳表面上看起来比周围更暗的区域，由于磁场阻挡了热量的传递而导致。

太阳的磁场可以导致太阳风和太阳耀斑等现象。

脉冲星也是一个非常有趣的物体，它拥有极其强大的磁场。

脉冲星是由超新星爆发形成的，它们的磁场可以达到数千万个高斯。

这些脉冲星会以极高速度旋转，产生强烈的磁场。

这些磁场可以将周围的物质加速到非常高的速度，产生强烈的辐射并产生引力波。

除了这些强磁场外，星际介质中的磁云也是另一种有趣的现象。

磁云是由磁场和等离子体组成的云状结构，可以影响周围的物质。

这些磁云可以在星际空间中漂移，甚至可以与其他星系发生相互作用。

总之，宇宙中的磁力奇观是一个充满着神秘和令人着迷的领域。

其复杂性和多样性使得我们需要更深入的研究和理解。

未来，随着技术的不断进步，我们可能会发现更多有趣的现象和问题，这将进一步推动我们对宇宙中磁场的研究。

地磁场的实验结论与心得

地磁场的实验结论与心得

地磁场的实验结论与心得地磁测量的地磁场的实验结论与心得地磁场的特点：由于地球本身具有磁性，所以地球及附近的空间存在着磁场，这个磁场就是地磁场。

地磁场是地球的基本资源之一，与人类生活息息相关，它在地球科学、航空航天、资源探测、交通通讯、国防建设、地震预报等领域有着重要的应用。

正是因为地磁场有如此重要应用价值，人们对地磁场的测量又迫切的需求。

因此，磁场的测量已成为热点课题之一。

可以将地磁场近似地看作是地球中心有一个磁铁棒放，它的N极大体上对着南极，从而产生的磁场，其磁感线性状如图1.1所示。

事实上，地球磁场的产生是通过电流在导电液体核中流动的发电机效应产生磁场的。

地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分，它们是不同的两种磁场。

基本磁场是地磁场的主要组成部分，它源于地球的内部，相对来说比较稳定，变化缓慢。

变化磁场起源于地球外部，并且很微弱。

地磁场是一个向量场。

常用的地磁参量有7个，即地磁场总强度F，地磁场的水平强度H，垂直强度ZX和Y分别为水平强度的北向和东向分量，D和I分别为磁偏角和磁倾角。

其中以磁偏角的观测历史为最早。

在地磁场观测中，通常用三个参量来表示地磁场的方向和大小：（1）磁偏角A，即地球表面任一点的地磁场磁感应强度矢量B所在的垂直平面（地磁子午面）与地理子午面之间的夹角；（2）磁倾角①，即地磁场磁感应强度矢量B与水平面之间的夹角；（3）地磁场磁感应强度的水平分量B，即地磁场磁感应强度矢量B在水平面上的投影。

地磁场的重要应用地磁场数值较小，其强度与方向也随地点而异。

地磁场被视为地球的一种重要的天然磁源，它在国家科研中有着重要用途。

在地球科学的研究中，作为以地球系统的过程与变化及其相互作用为研究对象的基础学科，研究和掌握地磁场的固有特性及其变化规律是地球科学研究的重要内容。

在交通运输方面，可以通过检测由于车辆干扰而引起的地磁场的变化来反应车辆本身的特点及运动情况。

除此之外，地磁还可以用于石油定向斜井钻井中；在海洋中，进行地磁测量可以保证航海的安全、海洋工程建设及了解海底构造；在陆地上，人们通过大规模的地磁测量及分析地磁偏角的变化去测定强磁性铁矿床、弱磁性铁矿床以及铜、镍、铬、金刚石等各种矿石的分布；在科学研究方面，地磁测量有助于人类了解地球的成因和延边过程，掌握火山的活动规律，地震预报等都具有重要意义。

航天器磁环境试验研究进展

航天器磁环境试验研究进展

航天器磁环境试验研究进展Review of Magnetic Field Environment Test of Spacecraft徐超群 易忠 王斌 孟立飞（北京卫星环境工程研究所）1 引言地球与星际空间的磁环境是影响航天器运行的重要环境之一，其影响程度与航天器自身的磁性大小有关。

为满足各种性能要求，航天器需要使用一定量的磁性材料并存在一定的磁场。

外界磁场的变化会引起航天器自身磁特性参数的改变，例如科学探测卫星，特别是进行磁场研究的卫星，要对卫星自身磁场加以限制，尤其是磁场监测器安装部位的磁场强度和稳定性的限制，才能保证探测数据的可靠性。

对利用磁力矩器进行姿态控制和轨道定位的航天器，需要充分了解在轨磁性状态以确保控制的有效性和测量的精度。

当有效载荷携带磁强计或其他对磁场敏感设备时，这些磁敏感设备所在位置的磁场必须是已知的，才能够正确评估这些设备工作期内采集到的数据。

另外航天器长期的在轨运行，由于地磁场与其自身磁矩相互作用的累积，会改变航天器的轨道和姿态。

世界上研制航天器的国家从20世纪60年代就认识到航天器磁性研究的重要性，已逐步形成了磁性设计和磁试验规范。

随着科技的发展和国防需要，航天器的发射数量也在不断增加，航天器的磁设计、计算和试验也越来越受到重视。

2 航天器磁试验设备模拟航天器轨道运行中承受的磁环境及其效应的试验设备被称为磁试验设备，一般有磁屏蔽及线圈系统两种方法，目前后者采用较多。

磁环境实验室有可控制的磁试验设备，可检测和分析航天器的磁特性。

对于测量空间磁场分布的航天器，需要知道其自身的磁场数据；采用磁姿态控制的航天器还要在模拟运动磁场的环境下进行姿态控制系统的试验。

通过这些磁环境试验，可获得准确的磁特性数据，并验证和改进航天器的磁净化设计。

美国磁试验设备美国用于卫星磁试验的设备较多，其中美国国家航空航天局（N A S A）戈达德空间飞行中心（GSFC）、阿姆斯研究中心（Ames ResearchC e n t e r ）、汤普森-拉莫-伍尔德里奇公司（TRW）、地磁观象台及海军系统等均建有磁试验设备。

北航物理研究性实验报告——各向异性磁阻传感器(AMR)与地磁场测量

北航物理研究性实验报告——各向异性磁阻传感器(AMR)与地磁场测量

R = Rmin＋(Rmax－Rmin)cos2θ 在磁阻传感器中，为了消除温度等外界因素对输出的影响，由 4 个相同的磁 阻元件构成惠斯通电桥，结构如图 1 所示。图 1 中，易磁化轴方向与电流方向的 夹角为 45 度。理论分析与实验表明，采用 45 度偏置磁场，当沿与易磁化轴垂直的方向施加 外磁场，且外磁场强度不太大时，电桥输出与 外加磁场强度成线性关系。 无外加磁场或外加磁场方向与易磁化轴 方向平行时，磁化方向即易磁化轴方向，电桥 的 4 个桥臂电阻阻值相同，输出为零。当在磁 敏感方向施加如图 1 所示方向的磁场时，合成 磁化方向将在易磁化方向的基础上逆时针旋 转。结果使左上和右下桥臂电流与磁化方向的
a．测量磁阻传感器的磁电转换特性 .......................................................... 5 b．测量磁阻传感器的各向异性特性.......................................................... 6 3、赫姆霍兹线圈的磁场分布测量.................................................................. 6 a. 赫姆霍兹线圈轴线上的磁场分布测量..................................................6 b．赫姆霍兹线圈空间磁场分布测量.......................................................... 7 4．地磁场测量.................................................................................................. 8 五、实验数据及数据处理 ................................................................................... 9 1.磁阻传感器特性测量..................................................................................... 9 a.测量磁阻传感器的磁电转换特性 ............................................................. 9 b．测量磁阻传感器的各向异性特性........................................................ 10 2．赫姆霍兹线圈的磁场分布测量................................................................ 12 a．赫姆霍兹线圈轴线上的磁场分布测量 ................................................ 12 b．赫姆霍兹线圈空间磁场分布测量........................................................ 12 3．地磁场测量................................................................................................ 13 六、实验误差分析及注意事项： .....................................................................13 1．我在实验中遇到的问题和现象................................................................ 13 a．携带的电子仪器对实验的干扰 ............................................................ 13 b．实验仪间磁场的相互干扰.................................................................... 13 c．复位（R/S）的使用 .............................................................................. 14 d．操作要细心............................................................................................ 14 2．其它注意事项............................................................................................ 15 七、思考题 .........................................................................................................15 八、磁阻传感器的应用 ..................................................................................... 15 1．磁阻传感器在车辆检测中的应用............................................................ 15 a．车辆的分类 ............................................................................................ 16 b．车辆的方向............................................................................................ 17 c．车辆的存在 ............................................................................................ 17 2．罗盘定向与导航........................................................................................ 18 九、实验感想 .....................................................................................................19 参考文献 .............................................................................................................20