基于FPGA的單軸數(shù)字磁通門傳感器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、傳統(tǒng)的磁通門傳感器基于模擬電路設(shè)計(jì),隨著測(cè)量精度和測(cè)量范圍的提高,傳統(tǒng)的模擬信號(hào)處理方法逐漸無法滿足需求。同時(shí),溫度性能差也成為模擬電路的一大缺點(diǎn)。因此,磁通門傳感器的發(fā)展趨勢(shì)便是將磁通門信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和FPGA器件的發(fā)展,采用FPGA來處理磁通門信號(hào),可大大改善磁通門傳感器的溫度性能,提高其測(cè)量范圍和測(cè)量精度,并且具有耐震性好、容易修改、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。由于數(shù)字磁通門傳感器的這些優(yōu)點(diǎn),它被廣泛應(yīng)用到各個(gè)科研領(lǐng)

2、域之中,比如航空、航天、地質(zhì)勘探、環(huán)境磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)等眾多領(lǐng)域。
　　對(duì)于雙鐵芯結(jié)構(gòu)的磁通門傳感器,磁通門信號(hào)為偶次諧波的疊加,其中的二次諧波最能反映被測(cè)磁場(chǎng)的大小,因此需要設(shè)計(jì)特定的電路,將偶次諧波中的二次諧波提取出來。
　　本文從功能和性能兩方面對(duì)數(shù)字磁通門傳感器系統(tǒng)進(jìn)行分析,并且考慮到系統(tǒng)的運(yùn)算速度、精度、體積等幾個(gè)方面,提出了合適的總體方案。采用FPGA產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)對(duì)傳感頭進(jìn)行激勵(lì),從而產(chǎn)生磁通門信號(hào)。對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大和

3、選頻后,用AD轉(zhuǎn)換電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,再用FPGA對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理,最后用DA轉(zhuǎn)換電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。
　　本文介紹了磁通門傳感頭的結(jié)構(gòu)以及制作,并且詳細(xì)論述了數(shù)字磁通門信號(hào)處理系統(tǒng)的工作原理以及設(shè)計(jì)原理,并據(jù)此選擇了適當(dāng)?shù)腁D芯片、FPGA芯片以及DA芯片來制作電路。根據(jù)數(shù)字磁通門信號(hào)在FPGA內(nèi)的走向,分別設(shè)計(jì)了A/D控制模塊、相敏整流模塊、FIFO緩存模塊、FIR低通濾波器模塊以及D/A控制模塊等。然后用仿真軟

4、件Modelsim對(duì)各模塊進(jìn)行了功能仿真,驗(yàn)證了各模塊的正確性。最后制作出電路板,用實(shí)際電路對(duì)相關(guān)模塊進(jìn)行了調(diào)試,驗(yàn)證了本系統(tǒng)的可行性。
　　本文設(shè)計(jì)的磁通門傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn):
　　(1)比模擬磁測(cè)量系統(tǒng)更穩(wěn)定、受環(huán)境的影響很小、具有較強(qiáng)的抗干擾能力。
　　(2)只需通過一片F(xiàn)PGA就可以完成整流、緩存以及濾波等過程,減小了系統(tǒng)的體積,并且提高了電路集成度。
　　(3)使用靈活方便,方便修改。通過可編程硬件語言