基于FPGA的單軸數(shù)字磁通門傳感器設計與實現(xiàn).pdf

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

2、域之中,比如航空、航天、地質(zhì)勘探、環(huán)境磁場監(jiān)測等眾多領域。
　　對于雙鐵芯結構的磁通門傳感器,磁通門信號為偶次諧波的疊加,其中的二次諧波最能反映被測磁場的大小,因此需要設計特定的電路,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數(shù)字磁通門傳感器系統(tǒng)進行分析,并且考慮到系統(tǒng)的運算速度、精度、體積等幾個方面,提出了合適的總體方案。采用FPGA產(chǎn)生激勵信號對傳感頭進行激勵,從而產(chǎn)生磁通門信號。對信號進行功率放大和

3、選頻后,用AD轉(zhuǎn)換電路對信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換,再用FPGA對數(shù)字信號進行相關處理,最后用DA轉(zhuǎn)換電路對信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。
　　本文介紹了磁通門傳感頭的結構以及制作,并且詳細論述了數(shù)字磁通門信號處理系統(tǒng)的工作原理以及設計原理,并據(jù)此選擇了適當?shù)腁D芯片、FPGA芯片以及DA芯片來制作電路。根據(jù)數(shù)字磁通門信號在FPGA內(nèi)的走向,分別設計了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對各模塊進行了功能仿真,驗證了各模塊的正確性。最后制作出電路板,用實際電路對相關模塊進行了調(diào)試,驗證了本系統(tǒng)的可行性。
　　本文設計的磁通門傳感器具有以下優(yōu)點:
　　(1)比模擬磁測量系統(tǒng)更穩(wěn)定、受環(huán)境的影響很小、具有較強的抗干擾能力。
　　(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