数字积分磁通计

数字积分磁通计

　1999年

　　No.1月吉　林　大　学　自　然　科　学　学　报ACTASCIENTIARUMNATURALIUMUNIVERSITATISJILINENSIS第1期　1999-01　1

数　字　积　分　磁　通　计

张　涛　王智广

(吉林大学物理系,长春　130023)

提要　介绍高精度智能化数字积分磁通计的硬件组成和软件结构及数字积分的基本原理和实

现过程,并对磁通计的性能进行了测试.

关键词　数字积分,磁通计,智能化

中图分类号　TB972

磁性测量的方法很多,按测量原理划分有磁-力测量法、磁通门法、电磁效应法、磁共振法、超导效应法、磁光效应法、电磁感应法[1～3].其中电磁感应法在测量磁场及材料的磁性方面,已成为最主要也是最经典的方法.电磁感应法中一个非常有代表性的具体方法就是磁通测量法,它在磁性测量领域中占有重要地位,是磁性测量的基本方法.以前常用的磁通计多用积分运算放大器对感应电动势进行积分,这类模拟积分器存在的最大问题是漂移大,使得仪器精度难以提高.电压/频率(V/F)变换器的出现使得模拟积分向数字积分转化成为可能,它不仅解决了漂移问题,而且具有精度高、线性度好、结构简单和价格便宜等特点.我们研制的高精度智能化数字磁通计,是以8031单片机为核心,通过电磁铁和探测线圈系统,得到感应电压信号,经过放大,整形,比较和判别,以及A/D(V/F)变换,实现了磁通量的高精度数字化测量.[1]

1　电路设计

1.1　数字积分原理

数字磁通计是以法拉第电磁感应定律为基础的数字积分式磁通测量仪.利用V/F变换器将感应线圈上因磁通量变化所感应出的电动势变换为一系列的脉冲信号,其频率与感应电动势成正比,f=ke,k为变换常数.通过单片机计数器对这组脉冲进行累积计数,得到计数值n=

kN ,则磁通量改变 =fdt=kedt=∫∫n,式中对一定的线圈为一常数.kNkN

由此可见,对脉冲信号计数的过程实质上就是对模拟信号进行数字积分的过程.因此,只要知道

1.2　结构设计累积计数值n,就可以求出 .具体的磁通量值或者磁感应强度可以通过定标来确定.

以Inter公司生产的8031单片机为核心,配以2716程序存储器(EPROM)、8155扩展I/O口和LM331V/F变换器等大中规模集成电路,结构框图如图1所示.图1中,前置放大电路的性能好坏,尤其是它对噪声抑制的作用强弱,是关键因素;增益控制和窗口比较是将软、硬件统筹考虑设计的,使系统成为灵活控制的整体;信号整形是根据V/F变换器要求为负电压(-1V～-10V)输入相配合的电路,整形效果的优劣对系统精度影响至关重要;极性判别电路是对探测线圈中的感应电压信号的正负做出判断,以便为单片机内计数器计数和处理计数作依据;EPROM及驱动显示电路采用的是较为常规的做法,即用8155作为并行接口、用2716作为程序存储器,用7406作为数码显示驱动器.收稿日期:1998-07-01.　　第一作者:张　涛,男,35岁,硕士,副教授.

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