非晶纳米晶软磁材料电感参数测量仪的研究与开发

论文摘要

非晶纳米晶软磁材料是近期发展起来的一种新型磁材料,随着其相关技术的发展,该材料以其优良的性能得到了越来越广泛的应用。在磁芯生产的过程中,对其参数进行测量准确地评定关系到磁芯的质量和生产的效率,是广大商家生产开发磁芯的一个瓶颈。本系统基于现有的磁芯电感测量仪表提出改进方案,对提高测量的准确度、降低测量仪成本、提高生产的自动化水平有着重要的意义。本课题利用V-I法测量电感原理,以C8051F060高速单片机作为系统的微处理器芯片,用AT90PWM3产生用于控制可控大功率脉冲电源的脉冲,得到系统用于激励待测电感的激励源,由触摸屏、多路模拟开关和HG12864液晶显示模块作为系统的人机界面。在数据采集和处理环节,首先由SCT254K电流互感器、SPT204A电流型电压互感器感应通过待测磁芯电感的电压、电流信号,再由MCP6S21可编程增益放大器以一定的放大倍数变换感应到的电压、电流信号的幅值来匹配C8051F060的ADC0和ADC1的参考电压.然后,充分利用C8051F060高速ADC和DMA功能,实现的数据的模数转换和存储。最后,利用Daubechies小波算法对采集的数据进行预处理,提取特征信号,再根据相关的电路理论通过量值变换得到系统要求测量的电感量L、损耗P、品质因数Q。在系统运行时,由触摸屏输入测量激励源输出激励的频率、功率等参数。HG12864液晶显示模块显示激励电流、待测电感的感应的电压信号的波形和系统测量的结果。论文利用C8051F020和TDK磁芯PC40EI28-Z进行的可行性验证,试验结果表明,本文设计方案能够完成测量任务,但是,存在一定误差,而且测量的数值波动比较大,系统的精度和抗干扰性能有待提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 非晶纳米晶软磁材料及其磁芯电感测量原理
• 1.2.1 非晶软磁材料
• 1.2.2 纳米晶软磁材料
• 1.2.3 非晶纳米晶磁芯电感测量原理分析
• 1.3 电感参数测量技术概要
• 1.3.1 现在主要的测量方法
• 1.3.2 发展趋势
• 1.4 本文所做的工作
• 第2章 系统分析、智能仪器及系统解决方案
• 2.1 系统的测量任务
• 2.2 测量原理
• 2.3 待测参数的理论分析
• 2.3.1 磁芯电感的电感量的计算
• 2.3.2 在交变磁场中的磁化与能量损耗的关系
• 2.3.3 Q值
• 2.4 智能仪器仪表
• 2.4.1 智能仪器的特点
• 2.4.2 智能仪表的基本结构
• 2.4.3 智能仪器的发展现状和发展趋势
• 2.5 系统解决方案
• 2.5.1 硬件构成
• 2.5.2 软件解决方案
• 2.6 本章总结
• 第3章 系统硬件电路实现
• 3.1 硬件系统整体概述
• 3.1.1 系统功能要求
• 3.1.2 硬件系统方案
• 3.1.3 C8051F060介绍
• 3.2 单元电路的设计
• 3.2.1 激励电路的实现
• 3.2.2 信号采样和调理电路
• 3.2.3 存储器扩展单元
• 3.2.4 人机接口电路
• 3.2.5 其它电路
• 3.2.5.1 电源电路
• 3.2.5.2 JTAG电路
• 3.2.5.3 复位电路
• 3.3 本章总结
• 第4章 系统的软件实现
• 4.1 系统初始化程序
• 4.1.1 C8051F060初始化设置
• 4.1.2 AT90PWM3初始化
• 4.2 人机接口管理程序
• 4.2.1 触摸屏管理程序
• 4.2.2 液晶显示程序
• 4.2.2.1 液晶模块初始化
• 4.2.2.2 液晶显示汉字数字程序
• 4.2.2.3 液晶显示波形程序
• 4.3 基于小波的信号预处理
• 4.3.1 Daubechies小波构造方法
• 4.3.2 小波变换的提升算法
• 4.3.3 基于小波分析的信号特征提取
• 4.4 量值变换
• 4.4.1 电压电流有效值的计算
• 4.4.2 基于相关理论的相位差计算
• 4.4.3 L、P、Q值的计算
• 4.5 系统监控主程序
• 4.6 本章小结
• 第5章 试验分析
• 5.1 试验目的
• 5.2 搭建试验电路
• 5.3 试验编程
• 5.4 试验结果分析
• 5.5 本章总结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 系统电路原理图
• 附录B 系统PCB