永磁体空间磁场测量系统的研究

论文摘要

本文主要是研究小型永磁体空间磁场测量方法,通过对现有磁场测量方法应用前景的研究和分析后,提出了一种新颖的磁场测量系统,用于测量小型永磁体空间磁场分布。首先为实现磁场测量传感器的精确定位,测量系统设计采用步进电机驱动控制。通过对现有四种中、强恒定磁场测量方法的研究和分析后,确定采用基于霍尔效应的磁场测量方法,提出了磁场测量系统的机械结构、硬件电路及软件总体设计方案。测量系统采用以ARM微控制器为核心的硬件电路设计方案,具备较强的数据处理能力和较好的实时特性。根据磁场测量精度及稳定性要求,设计了14位高速AD数据采集电路;复位和硬件保护电路。UART上位机通讯电路用于实现和上位机的数据交换,包括步进电机控制信息和AD采集到的数据信息。在硬件电路设计的基础上,论述了永磁体空间磁场测量系统的软件设计,分析了永磁体空间磁场测量系统的两种工作模式,单点测量模式完成对空间任意一点磁感应强度的矢量测量,多点圆周测量实现了对空间同一圆周上的点的磁感应强度矢量测量。在此基础上,进行了单点测量算法和空间磁场分布测量算法的上位机软件设计。本文研制的磁场测量系统获得的小型永磁体空间磁场分布数据,可以用于有限元软件的磁场仿真验证和指导小型永磁体的设计工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究目的背景和意义
• 1.1.1 空间磁场分类
• 1.1.2 研究的目的和意义
• 1.2 空间磁场测量方法的国内外研究现状
• 1.2.1 低强度磁场传感器
• 1.2.2 中强度磁场传感器
• 1.2.3 高强度磁场传感器
• 1.3 空间磁场测量系统的国内外研究现状
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 永磁体空间磁场测量系统总体方案设计
• 2.1 永磁体空间磁场测量系统功能分析
• 2.2 空间磁场测量方法分析
• 2.2.1 磁通门法
• 2.2.2 各向异性磁阻法
• 2.2.3 巨磁电阻法
• 2.2.4 霍尔效应法
• 2.3 机械结构设计
• 2.4 硬件电路设计
• 2.5 软件设计
• 2.6 本章小结
• 第3章 空间磁场测量系统的硬件电路设计
• 3.1 核心电路
• 3.1.1 ARM微控制器电路
• 3.1.2 JTAG跟踪和调试电路
• 3.1.3 外扩存储器电路
• 3.2 上位机通讯电路
• 3.3 AD数据采集电路
• 3.4 电机控制电路
• 3.5 复位和保护电路
• 3.6 本章小结
• 第4章 空间磁场测量系统的软件设计
• 4.1 AD采集控制程序
• 4.2 串行口通讯程序
• 4.3 步进电机控制程序
• 4.4 主程序设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 上位机软件设计
• 5.1 坐标变换算法
• 5.2 上位机软件设计
• 5.2.1 单点测量
• 5.2.2 永磁体空间磁场分布测量
• 5.3 条形永磁体测量与软件仿真结果验证
• 5.4 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢