共振型磁弹性传感器检测系统的便携式设计

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1、共振型磁弹性传感器检测系统的便携式设计重庆大学硕士学位论文(专业学位)学生姓名：唐詠指导教师：廖彦剑副教授学位类别：工程硕士（生物医学工程领域）重庆大学生物工程学院二O一六年四月PortableDesignofDetectingSystemforMagnetoelasticResonanceSensorsAThesisSubmittedtoChongqingUniversityInPartialFulfillmentoftheRequirementfortheProfessionalDegreeByTangYongSupervisedbyAssoc.Prof.LiaoYa

2、njianSpecialty：ME（BiomedicalEngineeringFiled）CollegeofBioengineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril2016中文摘要摘要磁弹性传感器是利用铁基非晶合金材料制作而成的新型传感器。在外加交变磁场下，由于磁致伸缩效应使传感器发生振动，当传感器的固有频率和交变磁场频率一致时产生共振，此时振幅达到最大值。该共振频率点会随周围的环境变化而发生偏移，如质量负载、应力、粘度等，通过测量检测线圈上感生电动势的变化实现对传感器共振特性检测。在检测过程中，传感器与检测装置之间

3、无电气连接，因而是一种无线无源的传感器，同时传感器还具有耗能低、成本低、高灵敏度等特点。正由于这些优点使磁弹性传感器在物理、生化、生物医学等领域得到了广泛研究。然而目前磁弹性传感器检测系统存在价格昂贵、体积庞大、便携性差、功耗高以及无法长期检测等缺陷，限制了磁弹性传感器的应用前景。针对上述问题，本文提出了一套便携式磁弹性共振型传感器检测系统的设计；首先通过对磁弹性传感器共振模型和检测原理分析，确立了以扫频检测法为检测基础的设计思路，确定了包含电源管理单元、微控制器单元、交流激励单元、数据采集单元、数据存储和传输单元的便携式设计方案，并提出检测系统的具体设计指标。然后根据设

4、计指标完成低功耗硬件功能电路设计和基于μC/OS-II操作系统的控制软件设计。最后结合上位机软件完成整个检测系统的实现。系统设计完成后，利用铁基非晶合金带材1k101制作磁弹性传感器对检测系统进行功能、性能、实用性的实验测试。主要包括空气中传感器响应测试实验，传感器重复测试实验，不同介质测试实验，系统功耗对比测试实验以及检测系统长期监测实用性测试，即完成质量负载测试实验和自来水腐蚀传感器的长时间监测测试实验。实验结果表明，检测系统可以实现对磁弹性传感器共振特性的精确检测，且具有良好的可重复性和可靠性；同时，系统能满足不同环境下的测试实验；与传统的磁弹性传感器检测系统相比，

5、该系统功耗更低、体积更小，为磁弹性传感器检测的研究者提供了一套便携式低功耗磁弹性传感器检测系统设计方案。关键字：磁致伸缩，磁弹性传感器，便携式，低功耗I英文摘要ABSTRACTMagnetoelastic(ME)sensorisanovelresonantsensorformedbytheFe-basedamorphousalloymaterial.Atanexternalalternatingmagneticfield,duetothemagnetostrictiveeffectthesensorhappenvibration,whenthenaturalfrequen

6、cyofthesensorisconsistentwiththefrequencyofthealternatingmagneticfield,theresonanceisproduced,andtheamplitudereachedthemaximum.Theresonancefrequencywillchangewiththesurroundingenvironmentchanges;suchasthequalityload,stress,viscosityetc.sobymeasuringthechangeofdetectioncoilinducedelectromo

7、tiveforcetodetectresonancecharacteristicofMEsensor.Inthedetectionprocess,thereisnoelectricalconnectionbetweenthesensorandthedetectiondevice,thereforeitisawirelesspassivesensor,atthesametime,thesensoralsohasthecharacteristicsoflowenergyconsumption,lowcost,highsensiti