基于AVR的数字高精度磁场测量系统的设计

• 作 者: 倪莎
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 磁通门 数字激励 脉冲幅值法 自动补偿 闭环系统

磁场测量在国防安全、军事技术、工程、环境、考古、资源勘查、医学诊断等领域均有着重要的意义。常用的磁场测量仪有光泵磁力仪、质子磁力仪、超导量子磁力仪、磁通门磁力仪、核磁共振仪等。由于分辨力高、测量范围宽、性能可靠、能直接测量磁场的分量、且适用于高速运动系统等优点,磁通门磁力仪得到了广泛应用。然而,传统的磁通门磁力仪多采用机械式的结构以及模拟电路设计,体积庞大,且易受环境干扰。随着微电子技术与计算机技术发展,小型化和数字化磁通门磁力仪成为了可能,本文在分析模拟式磁通门磁通仪的基础上,设计了一种基于AVR的数字高精度磁场测量系统,主要工作如下：首先,分析并比较了几种磁场测量的方法；介绍了磁通门现象,通过分析磁通门数学模型,介绍了磁通门工作原理。此外,介绍了几种磁通门探头的结构,探讨了设计磁探头时需注意的问题。其次,设计了一种基于AVR单片机的高精度磁场测量系统,能精确测量磁场,并能通过串口与上位机交互。系统主要包括：电源、数字激磁、磁信号放大处理、A/D转换、MCU控制、数字温度测量、串口通信、液晶显示、键盘、实时时钟、数据存储模块与PC上位机界面等。然后,通过对磁通门测量系统试验结果的分析,提出了一种温度和环境磁场干扰的自动补偿方法,有效地提高了系统测量精度与系统稳定性。最后,完成了电磁标定与系统整机调试。试验结果表明,系统工作稳定,测量分辨率较高,达到了纳特级,实现了预期的设计目标。