基于LabVIEW的静态三维弱磁场检测系统的研究

论文摘要

随着电子行业的迅猛发展,各种磁性材料和磁器件的应用越来越普遍,在对其磁场测量,尤其是对弱磁场测量方面也提出了更高的要求。传统的磁场测量大多数是单点单方向测量,不能全面真实地反应被测磁场的特点,难以满足测试测量的要求。针对上述局限性,本研究构建了一种基于LabVIEW虚拟仪器技术的静态三维弱磁场检测系统,以期对静态弱磁场进行准确地测量。本研究在对三轴各向异性磁电阻（AMR）传感器的应用开发基础之上,采用虚拟仪器技术对三维移动平台和磁场数据采集加以控制,构建了一种以计算机为核心的虚拟仪器磁场检测系统,实现了对磁场分布的自动采集和图形显示;此外,还提供了友好的人机界面,增强磁场检测的精确度和灵活性。本文各章主要有以下内容:第二章以各向异性磁阻（AMR）传感器的工作原理和基本特性为出发点,论述了三轴AMR传感器的内部结构和技术规格,阐释了两种常见的静态三维弱磁场分布测试系统的构建方案。首先,介绍了磁敏传感器及其分类,并将AMR传感器与其它传感器进行了对比,分析了AMR传感器的自身特点。接着,剖析了AMR传感器的工作原理和基本特性,在此基础上,阐述了三轴AMR传感器HMC1043的内部结构和技术规格,为进一步应用奠定基础。然后,介绍了虚拟仪器的概念、特点及应用领域,并就虚拟仪器开发平台LabVIEW的功能特点进行了简要说明。最后,阐述了两种静态三维弱磁场检测系统的构建方案,通过对比分析,探讨了这两种方案各自的优缺点。第三章主要对静态三维弱磁场检测系统的各功能模块的设计与实现进行说明。首先,阐述了静态三维弱磁场检测系统的总体构成方案,就该系统的弱磁场检测系统和位移控制系统两大构成部分的实验方案进行了详细说明。然后,介绍了静态三维弱磁场检测系统的各功能模块的设计与实现方法,着重就其中的关键技术问题进行了讨论。磁场测量模块在完成HMC1043传感器的应用电路设计的基础之上,通过搭建静态特性测试系统,建立了其Vo-B特性关系。位移控制模块通过DAQ采集卡控制三维移动平台的动作,实现空间若干检测点的自动扫描,从而提高了磁场测试效率。此外,数据存储模块为磁场测量的数据保存提供实现途径,显示模块完成磁场测量结果的三维图形显示,为完善系统功能奠定基础。第四章从软、硬件两方面对静态三维弱磁场检测系统进行了集成设计,完善了系统功能,并以已知分布规律的磁场为测试对象对该系统进行综合验证测试。测试结果表明,本研究构建的静磁场检测系统可以正确测量某空间范围内（≤120mm×120mm）的磁场强度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的相关背景、目的和意义
• 1.1.1 弱磁场测量的应用领域
• 1.1.2 国内外的研究现状
• 1.1.3 课题研究的目的和意义
• 1.2 本论文的构成摘要
• 1.3 小结
• 1.4 参考文献
• 第二章 静态三维弱磁场的检测原理
• 2.1 磁敏传感器
• 2.1.1 磁敏传感器及其分类
• 2.1.2 AMR 传感器
• 2.1.3 与其它传感器的比较
• 2.2 AMR 传感器基本特性
• 2.2.1 AMR 传感器的内部结构
• 2.2.2 AMR 传感器的输出特性
• 2.2.3 AMR 传感器的置位/复位特性
• 2.2.4 AMR 传感器的其它特性
• 2.3 三轴AMR 传感器
• 2.3.1 三轴AMR 传感器的内部结构
• 2.3.2 HMC1043 的技术规格
• 2.4 虚拟仪器LabVIEW 概述
• 2.4.1 虚拟仪器及应用
• 2.4.2 LabVIEW 的功能简介
• 2.5 静态三维弱磁场检测系统构成
• 2.5.1 概述
• 2.5.2 常见的磁场分布检测系统的构建方案
• 2.6 小结
• 2.7 参考文献
• 第三章 静态三维弱磁场检测系统中主要功能模块的设计与实现
• 3.1 静态三维弱磁场检测系统的总体结构
• 3.1.1 弱磁场检测系统的设计
• 3.1.2 位移控制系统的设计
• 3.2 磁场测量模块
• 3.2.1 HMC1043 传感器应用电路设计
• 3.2.2 静态特性测试系统
• 3.2.3 静态特性测试结果
• 3.2.4 测试结果分析
• 3.3 三维移动平台
• 3.3.1 三维移动平台的结构及作用
• 3.3.2 移动平台的应用范围
• 3.4 数据采集模块
• 3.4.1 数据采集卡
• 3.4.2 HMC1043 输出电压的采集
• 3.4.3 移动平台的控制
• 3.5 数据存储模块
• 3.6 三维图形显示模块
• 3.6.1 编程方法
• 3.6.2 三维图形显示形式
• 3.7 小结
• 3.8 参考文献
• 第四章 检测系统的构建与性能测试
• 4.1 系统构建
• 4.1.1 硬件结构
• 4.1.2 软件设计与实现
• 4.2 系统测试与结果分析
• 4.2.1 测试方法
• 4.2.2 测试结果
• 4.2.3 结果分析
• 4.3 小结
• 4.4 参考文献
• 第五章 结论
• 5.1 本研究的主要工作
• 5.2 研究存在的不足
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录