基于ARM的低成本高分辨率磁通门磁强计
第27卷第3期2014年3月
传感技术学报
CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORS
Vol.27 No.3Mar.2014
项目来源:国家自然科学基金项目(60874101);教育部博士点基金项目(20126102110031)收稿日期:2013-11-24 修改日期:2014-02-24
Fluxgate Magnetometer with Low?Cost and High?Resolution Based on ARM *
WANG Yongbo ,LIU Shibin *,FENG Wenguang ,LI Quanheng
(School of Electronics and Information ,Northwestern Polytechnical University ,Xi ’an 710072,China )
Abstract :This paper describes a dual?core fluxgate magnetometer based on feedback technique which reaches 16?bit resolution with a 12?bit A /D and a Programmable Gain Amplifier(PGA).The amplitude of the sensor’s output signal is real?time controlled by the PGA and is adapted to the input range of the A /D converter.Experiments show that the detection range of the magnetometer is±62000nT,the resolution is 1.9nT and the linearity is 2.4×10-4.Along with characteristics of low cost and small size,it has good application prospects in certain fields.Key words :fluxgate magnetometer;programmable gain amplifier;12?bit A /D;high?resolution EEACC :7230;7310L doi :10.3969/j.issn.1004-1699.2014.03.006
基于ARM 的低成本高分辨率磁通门磁强计*
王永波,刘诗斌*,冯文光,李泉衡
(西北工业大学电子信息学院,西安710072)
摘 要:基于双铁心磁通门负反馈工作原理,设计了一种数字磁通门磁强计三利用可编程运算放大器实时调节磁通门输出
信号的幅值,再经高速12bit A /D 转换成数字信号,用ARM 微控制器完成相敏整流和积分运算,用高精度16bit D /A 输出反馈信号,构成闭环系统三实验测试表明,该磁强计的量程为±62000nT,分辨率为1.9nT,线性度达到了2.4×10-4三采用可编程运放结合12bit A /D 实现16bit 分辨率的设计方案,降低了磁强计成本,具有工程应用前景三
关键词:磁通门磁强计;可编程运放;12bit A /D;高分辨率
中图分类号:TP212.13 文献标识码:A 文章编号:1004-1699(2014)03-0308-04 磁通门是利用软磁材料磁化饱和时的非线性来测量外磁场的一种传感器[1],因其具有分辨率高(可达10-11T)二测量弱磁场的范围宽(10-3T 以下)等优点[2],在地质勘探二宇航工程二国防科技等领域得到了广泛应用[3]三近年来,电子技术的发展为磁通门磁强计提供了数字化方案,使磁强计在体积二功耗二温度稳定性等方面有了很大提高[4]三闭环数字
磁强计一般由磁通门探头二采样A /D二处理单元二反馈D /A 等构成,其精度主要取决于反馈回路的D /A 转换器,采用高分辨率的D /A 芯片可以有效提高系统性能三为了与反馈D /A 匹配,系统前端采样通路中需要使用高分辨率的A /D,例如:文献[5]前端采样使用了C8051F064单片机内集成的16bit A /D,反馈端使用了16bit D /A 芯片DAC8552;文献[6]前端采样使用了16bit A /D 芯片AD974,反馈端使用了16bit D /A 芯片AD660三同时,系统要求A /D
转换速度较快,然而高速二高分辨率A /D 价格较高,研究采用低位A /D 实现高分辨率效果,对磁强计成本的降低具有实用意义三
本文设计了一种基于ARM 的磁强计,通过使用12bit A /D,结合可编程运算放大器(Programmable Gain Amplifier,PGA),实现了16bit 分辨率,匹配了
16bit 反馈D /A,降低了系统成本三
1 磁强计系统结构
磁通门磁强计系统结构如图1所示三在激励电流作用下,磁通门次级线圈产生携带有外磁场信息的电压信号,经过可编程运放,由高速A /D 采样后送入微控制器,经相敏整流二积分等运算得到反映外磁场的直流数字量[7],并由D /A 转换为电压信号经反馈回路输入到磁通门次级线圈,产生反馈磁场,形成闭环系统[8]三