基于半导体薄膜型磁阻元件电流开关的研究

论文摘要

传感器技术是现代信息技术的关键组成之一。传感器是采集对象与信息系统的接口,是系统感知、获取与检测信息的窗口。磁传感器是传感器系列中的一个重要分支。本文所研究的半导体薄膜型磁阻式电流开关（MagnetoResistive CurrentSwitch,简称MRCS）是针对工频电流信号的检测应用的一类传感器,它可以把工频电流信号转换成电脉冲信号（即数字逻辑电平）,起到开关作用。 本文首先介绍了InSb磁敏效应的基本原理,在此基础上对MRCS传感器的电路组成原理进行了分析。并从传感器的信号处理电路、比较电路单元和驱动电路单元三个方面进行了具体分析。重点设计了一种新型的信号处理电路。它是在传统的阻容耦合放大电路设计的基础上,改进了通频带,使频率范围确定在47～53Hz之间。改进的选频网络使得本传感器能够实现在对工频信号的检测时,抑制非工频信号,防止电流开关误动作。在比较器电路单元设计方面,实现了分别检测正、负半周的脉冲个数的功能。此外,还设计了单片机应用系统,实现对数字式电流传感器输出脉冲个数的计数,使系统实现检测统计外部脉冲数。这两方面的电路设计,最终实现了工频信号的真伪鉴别功能。最后,对MRCS电路的性能进行了测试。 1、测试两组MRCS样品,当工频交变电流从40mA增大到100mA,第一组输出电压由1.5V近似呈线性增大到3.5V;第二组输出电压由1.8V近似呈线性增大到4.5V。表明其线性度优良。 2、设计的滤波电路中心频率为49 Hz,两个截止频率46.5 Hz和52.7 Hz确定了通频带宽为6.2Hz,基本上能够达到让47-53 Hz的工频信号通过的效果。 3、设计的比较电路单元形成计数脉冲。它在0.1秒的时间段内输出的脉冲个数为10个,即信号的频率为100Hz。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 第二章 锑化铟磁敏电阻效应及其原理
• 2.1 半导体中的电磁效应
• 2.1.1 霍尔效应
• 2.1.2 磁阻效应
• 2.2 锑化铟磁敏电阻及其应用
• 本章小结
• 第三章 几种电流传感器工作原理的介绍
• 3.1 霍尔元件电流传感器
• 3.1.1 霍尔直测式电流传感器
• 3.1.2 霍尔磁补偿式电流传感器
• 3.2 锑化铟磁敏电流传感器的结构和工作原理
• 3.3 光学电流传感器的介绍
• 3.4 霍尼韦尔数字式电流传感器的介绍
• 本章小结
• 第四章 半导体磁阻式电流开关的设计
• 4.1 半导体磁阻式电流开关的信号处理电路设计
• 4.1.1 传统的电容耦合电压型信号处理电路
• 4.1.2 差动放大式的信号处理电路
• 4.1.3 工频电流信号处理电路设计方案
• 4.1.3.1 电路设计理论分析
• 4.1.3.2 设计方法及参数选择
• 4.1.3.3 实验结果
• 4.2 比较电路单元设计
• 4.3 半导体磁阻式电流开关（MRCS）综述
• 4.4 实验结果与分析
• 4.4.1 MRCS中电流传感器的输出电压特性
• 4.4.2 滤波电路的频率特性与分析
• 4.4.3 脉沖倍频特性与分析
• 本章小结
• 第五章 计数单片机应用系统的设计
• 5.1 单片机应用系统设计原则
• 5.2 第一种计数方案设计
• 5.2.1 芯片8253／8254工作原理
• 5.2.2 使用8253定时计数器测量脉冲数
• 5.3 第二种计数方案设计
• 5.3.1 定时／计数器结构与控制
• 5.3.2 定时／计数器工作方式
• 5.3.3 单片机应用系统设计
• 5.3.3.1 系统的硬件设计
• 5.3.3.2 系统的软件设计
• 本章小结
• 全文总结
• 硕士期间发表的论文
• 主要参考资料
• 致谢