基于fpga的单轴数字磁通门传感器设计与实现

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于FPGA的单轴数字磁通门传感器设计与实现硕士研究生：雷声振指导教师：孙枫教授学位级别：工学硕士学科、专业：精密仪器及机械所在单位：自动化学院论文提交日期：2013年1月论文答辩日期：2013年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngDesignandImplementationofsingle-axisdigitalfluxgatemagnetometerCandidate:L

2、eiShengzhenSupervisor:ProfessorSunFengAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:PrecisionInstrumentandMachineryDateofSubmission:Jan.,2013DateofOralExamination:Mar.,2013University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人

3、独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部

4、内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日基于FPGA的单轴数字磁通门传感器设计与实现摘要传统的磁通门传感器基于模拟电路设计，随着测量精度和测量范围的提高，传统的模拟信号处理方法逐渐无法满足

5、需求。同时，温度性能差也成为模拟电路的一大缺点。因此，磁通门传感器的发展趋势便是将磁通门信号进行数字化处理。随着数字信号处理技术和FPGA器件的发展，采用FPGA来处理磁通门信号，可大大改善磁通门传感器的温度性能，提高其测量范围和测量精度，并且具有耐震性好、容易修改、稳定性高等特点。由于数字磁通门传感器的这些优点，它被广泛应用到各个科研领域之中，比如航空、航天、地质勘探、环境磁场监测等众多领域。对于双铁芯结构的磁通门传感器，磁通门信号为偶次谐波的叠加，其中的二次谐波最能反映被测磁场的大小，因此需要设计特定的电路，将偶次谐波

6、中的二次谐波提取出来。本文从功能和性能两方面对数字磁通门传感器系统进行分析，并且考虑到系统的运算速度、精度、体积等几个方面，提出了合适的总体方案。采用FPGA产生激励信号对传感头进行激励，从而产生磁通门信号。对信号进行功率放大和选频后，用AD转换电路对信号进行模数转换，再用FPGA对数字信号进行相关处理，最后用DA转换电路对信号进行数模转换。本文介绍了磁通门传感头的结构以及制作，并且详细论述了数字磁通门信号处理系统的工作原理以及设计原理，并据此选择了适当的AD芯片、FPGA芯片以及DA芯片来制作电路。根据数字磁通门信号在F

7、PGA内的走向，分别设计了A/D控制模块、相敏整流模块、FIFO缓存模块、FIR低通滤波器模块以及D/A控制模块等。然后用仿真软件Modelsim对各模块进行了功能仿真，验证了各模块的正确性。最后制作出电路板，用实际电路对相关模块进行了调试，验证了本系统的可行性。本文设计的磁通门传感器具有以下优点：（1）比模拟磁测量系统更稳定、受环境的影响很小、具有较强的抗干扰能力。（2）只需通过一片FPGA就可以完成整流、缓存以及滤波等过程，减小了系统的体积，并且提高了电路集成度。（3）使用灵活方便，方便修改。通过可编程硬件语言来设计信

8、号处理模块，可以通过软件来进行设计修改，而不需要改变电路。顺应磁通门传感器向高精度、微型化、数字化的发展方向,本文设计并实现了数字式磁通门传感器，研究了相关的实现方式，改善了磁通门传感器的性能。实验结果表明，本文设计的磁通门传感器具有较高的精度、较好的稳定性以及温度性能，能够满足一般哈尔滨工程大学硕士学