永磁体空间磁场测量系统的研究

摘要

本文主要是研究小型永磁体空间磁场测量方法，通过对现有磁场测量方法应用前景的研究和分析后，提出了一种新颖的磁场测量系统，用于测量小型永磁体空间磁场分布。
　　首先为实现磁场测量传感器的精确定位，测量系统设计采用步进电机驱动控制。通过对现有四种中、强恒定磁场测量方法的研究和分析后，确定采用基于霍尔效应的磁场测量方法，提出了磁场测量系统的机械结构、硬件电路及软件总体设计方案。
　　测量系统采用以ARM微控制器为核心的硬件电路设计方案，具备较强的数据处理能力和较好的实时特性。根据磁场测量精度及稳定性要求，设计了14位高速AD数据采集电路；复位和硬件保护电路。UART上位机通讯电路用于实现和上位机的数据交换，包括步进电机控制信息和AD采集到的数据信息。
　　在硬件电路设计的基础上，论述了永磁体空间磁场测量系统的软件设计，分析了永磁体空间磁场测量系统的两种工作模式，单点测量模式完成对空间任意一点磁感应强度的矢量测量，多点圆周测量实现了对空间同一圆周上的点的磁感应强度矢量测量。在此基础上，进行了单点测量算法和空间磁场分布测量算法的上位机软件设计。
　　本文研制的磁场测量系统获得的小型永磁体空间磁场分布数据，可以用于有限元软件的磁场仿真验证和指导小型永磁体的设计工作。

目录

永磁体空间磁场测量系统的研究

RESEARCH ON MAGNETIC FIELD MEASUREMENT SYSTEM FOR PERMANENT MAGNETS

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题研究目的背景和意义

1.1.1 空间磁场分类

1.1.2 研究的目的和意义

1.2 空间磁场测量方法的国内外研究现状

1.2.1 低强度磁场传感器

1.2.2 中强度磁场传感器

1.2.3 高强度磁场传感器

1.3 空间磁场测量系统的国内外研究现状

1.4 主要研究内容

第2章 永磁体空间磁场测量系统总体方案设计

2.1 永磁体空间磁场测量系统功能分析

2.2 空间磁场测量方法分析

2.2.1 磁通门法

2.2.2 各向异性磁阻法

2.2.3 巨磁电阻法

2.2.4 霍尔效应法

2.3 机械结构设计

2.4 硬件电路设计

2.5 软件设计

2.6 本章小结

第3章 空间磁场测量系统的硬件电路设计

3.1 核心电路

3.1.1 ARM微控制器电路

3.1.2 JTAG跟踪和调试电路

3.1.3 外扩存储器电路

3.2 上位机通讯电路

3.3 AD数据采集电路

3.4 电机控制电路

3.5 复位和保护电路

3.6 本章小结

第4章 空间磁场测量系统的软件设计

4.1 AD采集控制程序

4.2 串行口通讯程序

4.3 步进电机控制程序

4.4 主程序设计

4.5 本章小结

第5章 上位机软件设计

5.1 坐标变换算法

5.2 上位机软件设计

5.2.1 单点测量

5.2.2 永磁体空间磁场分布测量

5.3 条形永磁体测量与软件仿真结果验证

5.4 本章小节

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢