本發(fā)明屬于計(jì)量測(cè)試儀表，具體涉及一種動(dòng)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)量記錄方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、動(dòng)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)量記錄是指對(duì)磁場(chǎng)在時(shí)間和空間上變化的測(cè)量和記錄，物理學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、工程應(yīng)用、地球科學(xué)研究等領(lǐng)域，對(duì)于磁場(chǎng)的動(dòng)態(tài)特性有著廣泛的研究需求。例如，研究磁性材料的動(dòng)態(tài)特性、磁場(chǎng)對(duì)生物體的影響以及磁場(chǎng)與物質(zhì)相互作用等方面，都需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)量記錄。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)動(dòng)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)的測(cè)量記錄需求越來(lái)越高，尤其是在納米技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程、磁學(xué)材料等新興領(lǐng)域，對(duì)動(dòng)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)的精確測(cè)量記錄提出了更高的要求。

2、目前動(dòng)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)量記錄方法仍存在以下待改進(jìn)的地方：

3、采用感應(yīng)式磁傳感器測(cè)量動(dòng)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，由于其中的霍爾元件為易損件，在使用過(guò)程中受到擠壓、碰撞等應(yīng)力時(shí)會(huì)造成測(cè)量誤差和損壞，受溫度和輸入電流的影響較大，同時(shí)測(cè)量精度還受到零位誤差、霍爾電勢(shì)、內(nèi)阻溫度系數(shù)的影響；磁傳感器在放置過(guò)程中往往距離理想姿態(tài)位置有偏差，尤其是采用三分量磁傳感器進(jìn)行磁場(chǎng)測(cè)量時(shí)，將傳感器的三個(gè)軸與地磁坐標(biāo)軸軸同向，需要花費(fèi)更多的時(shí)間成本和人力去進(jìn)行繁雜的傳感器調(diào)整工作，并且受到測(cè)量環(huán)境的限制，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)量記錄時(shí)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性受到較大影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種動(dòng)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)量記錄方法：

2、s1：通過(guò)預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)量模式設(shè)置激勵(lì)電路驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)傳感器進(jìn)行測(cè)量得到磁場(chǎng)響應(yīng)信號(hào)；

3、s2：通過(guò)信號(hào)補(bǔ)償電路對(duì)所述磁場(chǎng)傳感器的線性輸出電壓進(jìn)行精度補(bǔ)償，并將處理后的響應(yīng)信號(hào)傳入信號(hào)測(cè)量電路，通過(guò)所述信號(hào)測(cè)量電路對(duì)所述響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理得到識(shí)別信號(hào)，將所述識(shí)別信號(hào)通過(guò)模擬量通道傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換器；

4、s3：所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述響應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并通過(guò)串口總線將所述數(shù)字信號(hào)傳輸至工控主板；

5、s4：所述工控主板對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行功能控制得到控制輸出信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸端口將所述控制輸出信號(hào)發(fā)送至存儲(chǔ)通訊端口和顯示端口本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

6、具體地，所述磁場(chǎng)傳感器包括三分量磁傳感器和單分量磁傳感器，所述三分量磁傳感器和單分量磁傳感器的傳感元件為霍爾效應(yīng)傳感器。

7、具體地，所述精度補(bǔ)償方法為：

8、根據(jù)所述磁場(chǎng)傳感器的工作溫度范圍設(shè)置溫度區(qū)間，通過(guò)所述溫度區(qū)間設(shè)置不同溫度區(qū)間的溫度補(bǔ)償系數(shù)，并將所述溫度補(bǔ)償系數(shù)存儲(chǔ)在第一寄存器中；

9、通過(guò)溫度傳感器對(duì)所述磁場(chǎng)傳感器的工作溫度進(jìn)行檢測(cè)并得到溫度傳感輸出信號(hào)，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將所述溫度傳感輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化為溫度測(cè)量數(shù)字信號(hào)，并傳輸至所述工控主板，所述工控主板根據(jù)所述溫度測(cè)量數(shù)字信號(hào)讀取所述第一寄存器中存儲(chǔ)的所述溫度測(cè)量數(shù)字信號(hào)對(duì)應(yīng)的溫度補(bǔ)償系數(shù)，并將讀取的溫度補(bǔ)償系數(shù)存儲(chǔ)至第二寄存器中，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器將所述第二寄存器存儲(chǔ)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為溫度補(bǔ)償模擬信號(hào)；

10、根據(jù)所述溫度補(bǔ)償模擬信號(hào)對(duì)霍爾盤驅(qū)動(dòng)電流、主信號(hào)通路增益以及靜態(tài)輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。

11、具體地，所述信號(hào)調(diào)理方法為：

12、獲取所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)限值，根據(jù)所述輸入信號(hào)限值設(shè)置初級(jí)濾波器，通過(guò)所述初級(jí)濾波器對(duì)所述響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行濾波處理得到幅度可調(diào)信號(hào)；

13、在所述初級(jí)濾波器后設(shè)置可變?cè)鲆娣糯笃?，通過(guò)所述可變?cè)鲆娣糯笃髦械脑鲆嬷岛涂勺冸娮杈W(wǎng)絡(luò)的電阻值將所述幅度可調(diào)信號(hào)放大至所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器可識(shí)別的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)；

14、將所述可變?cè)鲆娣糯笃鬏敵龅膯味诵盘?hào)連接至差分放大器的第一輸入端，將所述單端信號(hào)的反相連接至所述差分放大器的第二輸入端，將所述單端信號(hào)轉(zhuǎn)化并放大為差分信號(hào)；

15、通過(guò)電平轉(zhuǎn)化電路和抗混疊濾波電路對(duì)所述差分信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾得到識(shí)別信號(hào)。

16、具體地，所述功能控制類別包括量程控制、間隔控制、清零控制、梯度控制；

17、所述量程控制為：通過(guò)所述工控主板調(diào)節(jié)所述可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆嬷?，在所述識(shí)別信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換增大信號(hào)幅值；所述間隔控制為：通過(guò)移動(dòng)平均濾波算法對(duì)采集到的所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分割和離散化；所述清零控制為：在信號(hào)采集開(kāi)始前關(guān)閉所述激勵(lì)電路；所述梯度控制為：對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行斜率、變化率控制。

18、具體地，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括一級(jí)線性變換電路和二級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；所述一級(jí)線性變換電路由第一晶體管、第二晶體管、電阻、緩沖器組成，將所述第一晶體管與第二晶體管的基極-發(fā)射極的差值表示正溫度系數(shù)電流，所述緩沖器用于放大所述溫度傳感輸出信號(hào)，通過(guò)設(shè)置所述電阻的大小將所述溫度傳感輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電壓值，計(jì)算公式為：

19、

20、其中，vt為模擬電壓，k為玻爾茲曼常數(shù)，t為溫度值，n為第一晶體管與第二晶體管個(gè)數(shù)的比值，r1、r0為可調(diào)電阻，q為電子電荷，vref為零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓；

21、所述二級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路由數(shù)據(jù)選擇器，積分器、比較器以及計(jì)數(shù)器組成；通過(guò)所述積分器對(duì)所述模擬電壓值進(jìn)行積分，將積分后電壓恢復(fù)到所述模擬電壓值的初始計(jì)算值所需的時(shí)間量化為數(shù)字信號(hào)；所述數(shù)據(jù)選擇器用于切換所述模擬電壓值的基準(zhǔn)信號(hào)，所述比較器用于比較積分器的輸出電壓和所述數(shù)據(jù)選擇器選擇的基準(zhǔn)信號(hào)，若所述積分器的輸出電壓高于所述基準(zhǔn)信號(hào)，則所述計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，若所述積分器的輸出電壓低于所述基準(zhǔn)信號(hào)，則所述計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。

22、一種動(dòng)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)量記錄系統(tǒng)，包括：磁場(chǎng)測(cè)量模塊、測(cè)量修正模塊、采集控制模塊、存儲(chǔ)顯示模塊；

23、所述磁場(chǎng)測(cè)量模塊用于通過(guò)預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)量模式設(shè)置激勵(lì)電路驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)傳感器進(jìn)行測(cè)量得到磁場(chǎng)響應(yīng)信號(hào)；

24、所述測(cè)量修正模塊用于通過(guò)信號(hào)補(bǔ)償電路對(duì)所述磁場(chǎng)傳感器的線性輸出電壓進(jìn)行精度補(bǔ)償，并將處理后的響應(yīng)信號(hào)傳入信號(hào)測(cè)量電路，通過(guò)所述信號(hào)測(cè)量電路對(duì)所述響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理得到識(shí)別信號(hào)，將所述識(shí)別信號(hào)通過(guò)模擬量通道傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換器；

25、所述采集控制模塊用于通過(guò)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述響應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并通過(guò)串口總線將所述數(shù)字信號(hào)傳輸至工控主板；

26、所述存儲(chǔ)顯示模塊用于通過(guò)所述工控主板對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行功能控制得到控制輸出信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸端口將所述控制輸出信號(hào)發(fā)送至存儲(chǔ)通訊端口和顯示端口。

27、本發(fā)明的有益效果為：

28、通過(guò)根據(jù)磁場(chǎng)傳感器的工作溫度范圍設(shè)置溫度補(bǔ)償系數(shù)，設(shè)計(jì)了將檢測(cè)溫度信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，用負(fù)溫度系數(shù)的電流去補(bǔ)償霍爾盤靈敏度的正溫度系數(shù)，在溫度發(fā)生變化時(shí)減小霍爾電壓，減小了磁場(chǎng)傳感器的靜態(tài)輸出電壓的變化范圍，抑制了傳感器工作溫度對(duì)精度的影響；通過(guò)對(duì)所述響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行濾波處理，將響應(yīng)信號(hào)的單端信號(hào)轉(zhuǎn)化放大為差分信號(hào)，降低了輸入失調(diào)電流，減少輸入失調(diào)電流對(duì)電路采樣精度的影響，增強(qiáng)了動(dòng)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)量記錄時(shí)的穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種基于強(qiáng)磁場(chǎng)記錄儀的動(dòng)態(tài)測(cè)量記錄方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)量記錄方法，其特征在于，所述磁場(chǎng)傳感器包括三分量磁傳感器和單分量磁傳感器，所述三分量磁傳感器和單分量磁傳感器的傳感元件為霍爾效應(yīng)傳感器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)量記錄方法，其特征在于，所述精度補(bǔ)償方法為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)量記錄方法，其特征在于，所述信號(hào)調(diào)理方法為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的動(dòng)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)量記錄方法，其特征在于，所述功能控制類別包括量程控制、間隔控制、清零控制、梯度控制；

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動(dòng)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)量記錄方法，其特征在于，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括一級(jí)線性變換電路和二級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；所述一級(jí)線性變換電路由第一晶體管、第二晶體管、電阻、緩沖器組成，將所述第一晶體管與第二晶體管的基極-發(fā)射極的差值表示正溫度系數(shù)電流，所述緩沖器用于放大所述溫度傳感輸出信號(hào)，通過(guò)設(shè)置所述電阻的大小將所述溫度傳感輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電壓值，計(jì)算公式為：

7.一種動(dòng)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)量記錄系統(tǒng)，用于執(zhí)行如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，包括：磁場(chǎng)測(cè)量模塊、測(cè)量修正模塊、采集控制模塊、存儲(chǔ)顯示模塊；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種動(dòng)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)量記錄方法及系統(tǒng)，屬于計(jì)量測(cè)試儀表技術(shù)領(lǐng)域。其中，該方法包括：通過(guò)預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)量模式設(shè)置激勵(lì)電路驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)傳感器進(jìn)行測(cè)量得到磁場(chǎng)響應(yīng)信號(hào)；通過(guò)信號(hào)補(bǔ)償電路對(duì)磁場(chǎng)傳感器的線性輸出電壓進(jìn)行精度補(bǔ)償，并將處理后的響應(yīng)信號(hào)傳入信號(hào)測(cè)量電路，通過(guò)信號(hào)測(cè)量電路對(duì)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理得到識(shí)別信號(hào)，將識(shí)別信號(hào)通過(guò)模擬量通道傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換器；模數(shù)轉(zhuǎn)換器將響應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并通過(guò)串口總線將數(shù)字信號(hào)傳輸至工控主板；工控主板對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行功能控制得到控制輸出信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸端口將控制輸出信號(hào)發(fā)送至存儲(chǔ)通訊端口和顯示端口。增強(qiáng)了動(dòng)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)量記錄時(shí)測(cè)量值的穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：孫兆威
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海集研機(jī)電股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23