基于ARM的多通道磁弹性传感器检测仪的研制

摘要

磁弹性传感器基于铁磁材料的磁致伸缩原理设计，它在外加交变磁场中受磁场激发产生磁矩，沿长度方向会产生伸缩振动。由于传感器采用磁致伸缩材料制成，其伸缩振动反过来也会产生一个磁场，并可以被线圈检测到。当外加磁场频率与磁弹性传感器的机械共振频率相等时，传感器振动幅度最大。传感器共振频率与其表面负载、外界温度、粘度等因素有关，通过检测传感器共振频率的变化就能反映被测信号量的变化。磁弹性传感器的激励和响应信号都是通过磁场传递，它与测量电路之间没有任何物理连接，磁弹性传感器无线、无源的优势使其在无损检测、活体、在体分析等领域具有十分广阔的应用前景。随着信息化、网络化、智能化的不断发展，以ARM为代表的嵌入式技术得到了广泛应用。相比于单片机而言，ARM的主频高、速度快、功耗低、外围资源丰富，而且可以进行操作系统的移植，可以非常方便地增加或裁剪相应的功能。嵌入式Linux具有运行稳定，代码开源，强大的多任务管理功能等特点，已成为嵌入式操作系统的主要研究方向。
　　 本文针对磁弹性传感器应用于生物化学测量领域，设计了一种基于ARM-Linux的多通道磁弹性传感器检测仪。首先阐述了项目的研究背景以及目前国内外的应用研究现状，介绍了磁弹性传感器的基本原理，然后根据原理讨论并分析了几种传感器的测量方法。在方案设计阶段，确定了多通道磁弹性传感器检测仪的性能指标和整体功能需求，采用基于ARM9硬件平台的系统设计方案。在硬件设计部分根据系统方案设计了总体的电路图，并详细分析了各硬件功能模块的设计原理。软件设计则采用当前使用最为广泛的嵌入式Linux作为系统管理平台，同时介绍了U-Boot、Linux内核以及根文件系统的移植过程，深入研究了Linux内核下设备驱动程序的开发。最后在Linux操作系统环境下进行了图形用户应用程序的开发，采用Qt/Embedded为系统提供图形用户界面的应用框架和窗口系统，并介绍了课题所研制的仪器用于α-淀粉酶浓度检测分析的实验过程。本文所研制的多通道磁弹性传感器检测仪运行稳定可靠，可对四个通道的传感器进行测量，具有友好的人机交互界面，与用户交互方便快捷，能实时显示测量结果，快速、准确地对测量结果进行分析，可将测量数据保存为文本文件并通过网络接口传送至PC机。