本發(fā)明屬于計量測試儀表，具體涉及一種動態(tài)強磁場測量記錄方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、動態(tài)強磁場測量記錄是指對磁場在時間和空間上變化的測量和記錄，物理學、材料科學、生命科學、工程應用、地球科學研究等領(lǐng)域，對于磁場的動態(tài)特性有著廣泛的研究需求。例如，研究磁性材料的動態(tài)特性、磁場對生物體的影響以及磁場與物質(zhì)相互作用等方面，都需要進行動態(tài)強磁場測量記錄。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，對動態(tài)強磁場的測量記錄需求越來越高，尤其是在納米技術(shù)、生物醫(yī)學工程、磁學材料等新興領(lǐng)域，對動態(tài)強磁場的精確測量記錄提出了更高的要求。

2、目前動態(tài)強磁場測量記錄方法仍存在以下待改進的地方：

3、采用感應式磁傳感器測量動態(tài)強磁場時，由于其中的霍爾元件為易損件，在使用過程中受到擠壓、碰撞等應力時會造成測量誤差和損壞，受溫度和輸入電流的影響較大，同時測量精度還受到零位誤差、霍爾電勢、內(nèi)阻溫度系數(shù)的影響；磁傳感器在放置過程中往往距離理想姿態(tài)位置有偏差，尤其是采用三分量磁傳感器進行磁場測量時，將傳感器的三個軸與地磁坐標軸軸同向，需要花費更多的時間成本和人力去進行繁雜的傳感器調(diào)整工作，并且受到測量環(huán)境的限制，導致動態(tài)強磁場測量記錄時的實時性和穩(wěn)定性受到較大影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種動態(tài)強磁場測量記錄方法：

2、s1：通過預設(shè)的動態(tài)強磁場測量模式設(shè)置激勵電路驅(qū)動磁場傳感器進行測量得到磁場響應信號；

3、s2：通過信號補償電路對所述磁場傳感器的線性輸出電壓進行精度補償，并將處理后的響應信號傳入信號測量電路，通過所述信號測量電路對所述響應信號進行信號調(diào)理得到識別信號，將所述識別信號通過模擬量通道傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換器；

4、s3：所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述響應信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并通過串口總線將所述數(shù)字信號傳輸至工控主板；

5、s4：所述工控主板對所述數(shù)字信號進行功能控制得到控制輸出信號，通過數(shù)據(jù)傳輸端口將所述控制輸出信號發(fā)送至存儲通訊端口和顯示端口本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

6、具體地，所述磁場傳感器包括三分量磁傳感器和單分量磁傳感器，所述三分量磁傳感器和單分量磁傳感器的傳感元件為霍爾效應傳感器。

7、具體地，所述精度補償方法為：

8、根據(jù)所述磁場傳感器的工作溫度范圍設(shè)置溫度區(qū)間，通過所述溫度區(qū)間設(shè)置不同溫度區(qū)間的溫度補償系數(shù)，并將所述溫度補償系數(shù)存儲在第一寄存器中；

9、通過溫度傳感器對所述磁場傳感器的工作溫度進行檢測并得到溫度傳感輸出信號，通過信號轉(zhuǎn)換電路將所述溫度傳感輸出信號轉(zhuǎn)化為溫度測量數(shù)字信號，并傳輸至所述工控主板，所述工控主板根據(jù)所述溫度測量數(shù)字信號讀取所述第一寄存器中存儲的所述溫度測量數(shù)字信號對應的溫度補償系數(shù)，并將讀取的溫度補償系數(shù)存儲至第二寄存器中，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器將所述第二寄存器存儲的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為溫度補償模擬信號；

10、根據(jù)所述溫度補償模擬信號對霍爾盤驅(qū)動電流、主信號通路增益以及靜態(tài)輸出電壓進行調(diào)節(jié)。

11、具體地，所述信號調(diào)理方法為：

12、獲取所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號限值，根據(jù)所述輸入信號限值設(shè)置初級濾波器，通過所述初級濾波器對所述響應信號進行濾波處理得到幅度可調(diào)信號；

13、在所述初級濾波器后設(shè)置可變增益放大器，通過所述可變增益放大器中的增益值和可變電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻值將所述幅度可調(diào)信號放大至所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器可識別的動態(tài)范圍內(nèi)；

14、將所述可變增益放大器輸出的單端信號連接至差分放大器的第一輸入端，將所述單端信號的反相連接至所述差分放大器的第二輸入端，將所述單端信號轉(zhuǎn)化并放大為差分信號；

15、通過電平轉(zhuǎn)化電路和抗混疊濾波電路對所述差分信號進行過濾得到識別信號。

16、具體地，所述功能控制類別包括量程控制、間隔控制、清零控制、梯度控制；

17、所述量程控制為：通過所述工控主板調(diào)節(jié)所述可變增益放大器的增益值，在所述識別信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換增大信號幅值；所述間隔控制為：通過移動平均濾波算法對采集到的所述數(shù)字信號進行分割和離散化；所述清零控制為：在信號采集開始前關(guān)閉所述激勵電路；所述梯度控制為：對所述數(shù)字信號進行斜率、變化率控制。

18、具體地，所述信號轉(zhuǎn)換電路包括一級線性變換電路和二級模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；所述一級線性變換電路由第一晶體管、第二晶體管、電阻、緩沖器組成，將所述第一晶體管與第二晶體管的基極-發(fā)射極的差值表示正溫度系數(shù)電流，所述緩沖器用于放大所述溫度傳感輸出信號，通過設(shè)置所述電阻的大小將所述溫度傳感輸出信號轉(zhuǎn)化為模擬電壓值，計算公式為：

19、

20、其中，vt為模擬電壓，k為玻爾茲曼常數(shù)，t為溫度值，n為第一晶體管與第二晶體管個數(shù)的比值，r1、r0為可調(diào)電阻，q為電子電荷，vref為零溫度系數(shù)的基準電壓；

21、所述二級模數(shù)轉(zhuǎn)換電路由數(shù)據(jù)選擇器，積分器、比較器以及計數(shù)器組成；通過所述積分器對所述模擬電壓值進行積分，將積分后電壓恢復到所述模擬電壓值的初始計算值所需的時間量化為數(shù)字信號；所述數(shù)據(jù)選擇器用于切換所述模擬電壓值的基準信號，所述比較器用于比較積分器的輸出電壓和所述數(shù)據(jù)選擇器選擇的基準信號，若所述積分器的輸出電壓高于所述基準信號，則所述計數(shù)器開始計數(shù)，若所述積分器的輸出電壓低于所述基準信號，則所述計數(shù)器停止計數(shù)。

22、一種動態(tài)強磁場測量記錄系統(tǒng)，包括：磁場測量模塊、測量修正模塊、采集控制模塊、存儲顯示模塊；

23、所述磁場測量模塊用于通過預設(shè)的動態(tài)強磁場測量模式設(shè)置激勵電路驅(qū)動磁場傳感器進行測量得到磁場響應信號；

24、所述測量修正模塊用于通過信號補償電路對所述磁場傳感器的線性輸出電壓進行精度補償，并將處理后的響應信號傳入信號測量電路，通過所述信號測量電路對所述響應信號進行信號調(diào)理得到識別信號，將所述識別信號通過模擬量通道傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換器；

25、所述采集控制模塊用于通過所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述響應信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并通過串口總線將所述數(shù)字信號傳輸至工控主板；

26、所述存儲顯示模塊用于通過所述工控主板對所述數(shù)字信號進行功能控制得到控制輸出信號，通過數(shù)據(jù)傳輸端口將所述控制輸出信號發(fā)送至存儲通訊端口和顯示端口。

27、本發(fā)明的有益效果為：

28、通過根據(jù)磁場傳感器的工作溫度范圍設(shè)置溫度補償系數(shù)，設(shè)計了將檢測溫度信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的信號轉(zhuǎn)換電路，用負溫度系數(shù)的電流去補償霍爾盤靈敏度的正溫度系數(shù)，在溫度發(fā)生變化時減小霍爾電壓，減小了磁場傳感器的靜態(tài)輸出電壓的變化范圍，抑制了傳感器工作溫度對精度的影響；通過對所述響應信號進行濾波處理，將響應信號的單端信號轉(zhuǎn)化放大為差分信號，降低了輸入失調(diào)電流，減少輸入失調(diào)電流對電路采樣精度的影響，增強了動態(tài)強磁場測量記錄時的穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種基于強磁場記錄儀的動態(tài)測量記錄方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)強磁場測量記錄方法，其特征在于，所述磁場傳感器包括三分量磁傳感器和單分量磁傳感器，所述三分量磁傳感器和單分量磁傳感器的傳感元件為霍爾效應傳感器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)強磁場測量記錄方法，其特征在于，所述精度補償方法為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)強磁場測量記錄方法，其特征在于，所述信號調(diào)理方法為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的動態(tài)強磁場測量記錄方法，其特征在于，所述功能控制類別包括量程控制、間隔控制、清零控制、梯度控制；

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動態(tài)強磁場測量記錄方法，其特征在于，所述信號轉(zhuǎn)換電路包括一級線性變換電路和二級模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；所述一級線性變換電路由第一晶體管、第二晶體管、電阻、緩沖器組成，將所述第一晶體管與第二晶體管的基極-發(fā)射極的差值表示正溫度系數(shù)電流，所述緩沖器用于放大所述溫度傳感輸出信號，通過設(shè)置所述電阻的大小將所述溫度傳感輸出信號轉(zhuǎn)化為模擬電壓值，計算公式為：

7.一種動態(tài)強磁場測量記錄系統(tǒng)，用于執(zhí)行如權(quán)利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于，包括：磁場測量模塊、測量修正模塊、采集控制模塊、存儲顯示模塊；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種動態(tài)強磁場測量記錄方法及系統(tǒng)，屬于計量測試儀表技術(shù)領(lǐng)域。其中，該方法包括：通過預設(shè)的動態(tài)強磁場測量模式設(shè)置激勵電路驅(qū)動磁場傳感器進行測量得到磁場響應信號；通過信號補償電路對磁場傳感器的線性輸出電壓進行精度補償，并將處理后的響應信號傳入信號測量電路，通過信號測量電路對響應信號進行信號調(diào)理得到識別信號，將識別信號通過模擬量通道傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換器；模數(shù)轉(zhuǎn)換器將響應信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并通過串口總線將數(shù)字信號傳輸至工控主板；工控主板對數(shù)字信號進行功能控制得到控制輸出信號，通過數(shù)據(jù)傳輸端口將控制輸出信號發(fā)送至存儲通訊端口和顯示端口。增強了動態(tài)強磁場測量記錄時測量值的穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：孫兆威
受保護的技術(shù)使用者：上海集研機電股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23