非晶纳米晶软磁材料电感参数测量仪的研究与开发

摘要

非晶纳米晶软磁材料是近期发展起来的一种新型磁材料，随着其相关技术的发展，该材料以其优良的性能得到了越来越广泛的应用。在磁芯生产的过程中，对其参数进行测量准确地评定关系到磁芯的质量和生产的效率，是广大商家生产开发磁芯的一个瓶颈。本系统基于现有的磁芯电感测量仪表提出改进方案，对提高测量的准确度、降低测量仪成本、提高生产的自动化水平有着重要的意义。
　　 本课题利用Ⅴ-Ⅰ法测量电感原理，以C8051F060高速单片机作为系统的微处理器芯片，用AT90PWM3产生用于控制可控大功率脉冲电源的脉冲，得到系统用于激励待测电感的激励源，由触摸屏、多路模拟开关和HG12864液晶显示模块作为系统的人机界面。
　　 在数据采集和处理环节，首先由SCT254K电流互感器、SPT204A电流型电压互感器感应通过待测磁芯电感的电压、电流信号，再由MCP6S21可编程增益放大器以一定的放大倍数变换感应到的电压、电流信号的幅值来匹配C8051F060的ADC0和ADC1的参考电压.然后，充分利用C8051F060高速ADC和DMA功能，实现的数据的模数转换和存储。最后，利用Daubechies小波算法对采集的数据进行预处理，提取特征信号，再根据相关的电路理论通过量值变换得到系统要求测量的电感量L、损耗P、品质因数Q。在系统运行时，由触摸屏输入测量激励源输出激励的频率、功率等参数。HG12864液晶显示模块显示激励电流、待测电感的感应的电压信号的波形和系统测量的结果。
　　 论文利用C8051F020和TDK磁芯PC40EI28-2进行的可行性验证，试验结果表明，本文设计方案能够完成测量任务，但是，存在一定误差，而且测量的数值波动比较大，系统的精度和抗干扰性能有待提高。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 非晶纳米晶软磁材料及其磁芯电感测量原理

1.2.1 非晶软磁材料

1.2.2 纳米晶软磁材料

1.2.3 非晶纳米晶磁芯电感测量原理分析

1.3 电感参数测量技术概要

1.3.1 现在主要的测量方法

1.3.2 发展趋势

1.4 本文所做的工作

第2章 系统分析、智能仪器及系统解决方案

2.1 系统的测量任务

2.2 测量原理

2.3 待测参数的理论分析

2.3.1 磁芯电感的电感量的计算

2.3.2 在交变磁场中的磁化与能量损耗的关系

2.3.3 Q值

2.4 智能仪器仪表

2.4.1 智能仪器的特点

2.4.2 智能仪表的基本结构

2.4.3 智能仪器的发展现状和发展趋势

2.5 系统解决方案

2.5.1 硬件构成

2.5.2 软件解决方案

2.6 本章总结

第3章 系统硬件电路实现

3.1 硬件系统整体概述

3.1.1 系统功能要求

3.1.2 硬件系统方案

3.1.3 C8051F060介绍

3.2 单元电路的设计

3.2.1 激励电路的实现

3.2.2 信号采样和调理电路

3.2.3 存储器扩展单元

3.2.4 人机接口电路

3.2.5 其它电路

3.3 本章总结

第4章 系统的软件实现

4.1 系统初始化程序

4.1.1 C8051F060初始化设置

4.1.2 AT90PWM3初始化

4.2 人机接口管理程序

4.2.1 触摸屏管理程序

4.2.2 液晶显示程序

4.3 基于小波的信号预处理

4.3.1 Daubechies小波构造方法

4.3.2 小波变换的提升算法

4.3.3 基于小波分析的信号特征提取

4.4 量值变换

4.4.1 电压电流有效值的计算

4.4.2 基于相关理论的相位差计算

4.4.3 L、P、Q值的计算

4.5 系统监控主程序

4.6 本章小结

第5章 试验分析

5.1 试验目的

5.2 搭建试验电路

5.3 试验编程

5.4 试验结果分析

5.5 本章总结

第6章 总结与展望

参考文献

致谢

附录A 系统电路原理图

附录B 系统PCB