传统的磁场测量设备(持斯拉计、高斯计)普遍存在精度低(典型测量精度为1.5%)、操作不便等缺点。本文提出一种基于嵌入式Linux的中频磁场测量系统,它不但可以满足当前磁场测量数据采集的需要,还因为其嵌入了操作系统Linux,使具有可靠性好、升级方便的特点,既提高了磁场测量的准确性,又为仪器的功能升级带来便利。可应用于实验室仪器,医疗仪器,姿态控制,安全检测等需磁场检测的领域。
2磁场测量系统的硬件结构
磁场测量系统在硬件结构上采用ARM9作为控制器,与信号放大、整流滤波、程控放大等硬件构成了整个磁场测量系统。而且,测量系统还搭配了USB、RS232、以太网通信接口,系统通讯能力强,可实现网络连网功能。其硬件结构如图1所示。
ARM9嵌入式处理器采用三星公司的$3C2410。S3C2410是基于ARM920T内核的16/32位RISC嵌入式微处理器,主要面向手持设备以及高性价比,低功耗的应用。它采用5级流水线和全性能的MMU,同时该芯片集成了大量的功能扩展单元,例如LCD控制器、I2C总线、触摸屏接口、USB接口等。强大的芯片功能简化了系统设计,不但缩小了系统体积,而且提高了系统的可靠性。
USB、RS232和以太网接口可为系统提供不同的通信方式,适合不同测量环境和条件,以太网接口还可实现系统联网功能。
在磁场测量系统中,可使用触摸屏简便地对系统进行控制,实现不同显示方式切换、参数设置和测量数据保存等功能。
磁场测量电压信号部分,由磁场传感器得到微弱的电压信号,经放大整流等措施后输入控制系统。
报警输出可实现用户自设定报警的上下限值,方便用户测量现场的监控。
3磁场测量系统前端信号处理模块
磁场测量系统前端传感器采用的测量方法为电磁感应法。电磁感应法是将测量线圈置入交变磁场中,根据法拉第电磁感应定律在线圈的引线间会产生感应电动势,并且感应电动势的大小与穿过线圈的磁通量的大小成正比。感应电动势e为:
测量系统前端信号处理模块的结构如图2所示。
(1)为了实现多路磁场传感器的信号输入,设计中采用片选芯片74HCl5进行通道的选择。通过对74HCl53控制端S0,Sl输入不同的数据组合(00,1O,0l,11),输出端lY和2Y就可实现不同输入通道的选择。
(2)在整个系统的电路设计中,前置放大电路的主要作用是将传感器输出的、和磁场强度成正比的微弱电压信号放大。根据其要求,设计的前置放大电路采用了差动放大的方式,电路如图3所示。它具有高共模抑制比、输入阻抗高、输出阻抗低、失调小、温漂小、线性好等优点。
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