梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器及數(shù)據(jù)處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器及數(shù)據(jù)處理方法，是由FPGA經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換電路、V/I轉(zhuǎn)換電路、激勵(lì)線圈、磁芯以及骨架、感應(yīng)線圈，匹配電阻、儀用放大電路、帶通濾波電路、遲滯整形電路和非門電路與FPGA連接構(gòu)成。以傳感器輸出正負(fù)脈沖的時(shí)間差為檢測(cè)方法的時(shí)間差型磁通門輸出響應(yīng)穩(wěn)定，靈敏度高，功耗低。電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，提高了現(xiàn)有時(shí)間差型磁通門傳感器的輸出時(shí)間差響應(yīng)穩(wěn)定度性能，增加了檢測(cè)輸出精度，滿足實(shí)際目標(biāo)磁場(chǎng)的測(cè)量需要。用FPGA進(jìn)行數(shù)據(jù)處理速度快，分辨力高，信號(hào)頻率可控，對(duì)時(shí)間差數(shù)據(jù)進(jìn)行處理降低了噪聲對(duì)信號(hào)的影響，提高了精度，適于磁通門實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)測(cè)量。工藝簡(jiǎn)單，有利于時(shí)間差型磁通門傳感器的數(shù)字化。
【專利說明】梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器及數(shù)據(jù)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種磁通門傳感器和時(shí)間差數(shù)據(jù)的處理方法，尤其是以可控周期性梯形波為激勵(lì)方式的，并且通過輸出信號(hào)高低電平的時(shí)間差值對(duì)弱磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量的傳感器，以及適用于該種磁通門的時(shí)間差數(shù)據(jù)處理方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]磁通門傳感器是測(cè)量微弱磁場(chǎng)的一種重要方法，在地球物理上應(yīng)用廣泛，取得了一系列成果。但是，近年來，以偶次諧波方法檢測(cè)被測(cè)磁場(chǎng)的磁通門傳感器受到奇次諧波噪聲、偏置、制作工藝以及復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)等問題致使磁通門發(fā)展緩慢。為了彌補(bǔ)上述不足，拓展我國(guó)磁通門傳感器的研究領(lǐng)域，提出了一種基于梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器，該方法主要是應(yīng)用軟磁材料的磁滯飽和現(xiàn)象、磁芯的雙勢(shì)阱狀態(tài)以及法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)行弱磁場(chǎng)的檢測(cè)。
[0003]CN101545958A公開的《雙向磁飽和時(shí)間差磁通門傳感器》未涉及使用梯形波作為激勵(lì)方式及其時(shí)間差數(shù)據(jù)的處理方法，并對(duì)其進(jìn)行研究，提出了一種以梯形波為激勵(lì)信號(hào)方式的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器。由于以正弦波為激勵(lì)方式的時(shí)間差型磁通門傳感器的輸出信號(hào)響應(yīng)表達(dá)式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且需要考慮矯頑力的大小。以三角波為激勵(lì)方式的時(shí)間差型磁通門傳感器的輸出信號(hào)響應(yīng)表達(dá)式雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，表述清晰，輸出時(shí)間差與被測(cè)磁場(chǎng)的大小成正比關(guān)系，但是考慮到輸出信號(hào)的穩(wěn)定性與激勵(lì)磁場(chǎng)方式的斜率及其頻率有關(guān)，當(dāng)使用相同斜率大小的三角波與梯形波作為激勵(lì)信號(hào)時(shí)，梯形波的激勵(lì)頻率會(huì)更小，從而可以提高輸出時(shí)間差響應(yīng)的穩(wěn)定性。而在實(shí)際測(cè)量環(huán)境磁場(chǎng)時(shí)，由于對(duì)傳感器的測(cè)量精度與測(cè)量速度的要求存在差異，在已提高穩(wěn)定性的前提下，需要采用可控頻率的周期性梯形波激勵(lì)磁場(chǎng)作為調(diào)制信號(hào)去檢測(cè)目標(biāo)環(huán)境磁場(chǎng)，滿足實(shí)際需求。同時(shí)為了消除電路噪聲和探頭磁芯被激勵(lì)時(shí)產(chǎn)生隨機(jī)噪聲等干擾，將采集到的時(shí)間差誤差降到最低，并且適合FPGA實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理要求，提出了時(shí)間差數(shù)據(jù)混合處理方法。
[0004]CN101257291A公開的《一種梯形激勵(lì)脈沖發(fā)生方法及裝置》用于壓電式噴墨打印技術(shù)；
[0005]《高電壓技術(shù)》2008年VoL34No2P256—259鄭歡等“非線性絕緣的長(zhǎng)周期梯形波響應(yīng)特性測(cè)試系統(tǒng)”用于測(cè)試非線性絕緣電介質(zhì)在低頻電壓激勵(lì)下的響應(yīng)特性；
[0006]《蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》1987年第02期郝璘等“振子陣列的梯形波輻射特性”論述了以梯形波激勵(lì)的對(duì)稱振子陣列天線的輻射特性；
[0007]《大電機(jī)技術(shù)》2012年02期牛聯(lián)波等“基于梯形波相電流控制的六相感應(yīng)電機(jī)的性能分析”對(duì)磁勢(shì)解耦時(shí)磁鏈和轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓進(jìn)行了理論和有限元分析以及實(shí)驗(yàn)測(cè)量；
[0008]《重慶大學(xué)2012年碩士論文》李俊唐“瞬變電磁單極性梯形脈沖電流源的研究”用于改善瞬變電磁淺層探測(cè)效果和工作效率以及實(shí)現(xiàn)發(fā)射電流的快速線性上升與線性下降。
[0009]在現(xiàn)有技術(shù)中尚未見使用梯形波作為激勵(lì)方式的磁通門傳感器。[0010]選擇以梯形波作為磁通門傳感器的激勵(lì)方式，主要原因是:通過對(duì)軟磁性材料的磁滯特性分析，得出以梯形波的激勵(lì)方式作用于傳感器磁芯是可行的，并且可以降低功耗；考慮到噪聲對(duì)時(shí)間差型磁通門傳感器輸出時(shí)間差信號(hào)的影響，以梯形波作為激勵(lì)方式可以提高傳感器輸出時(shí)間差信號(hào)的穩(wěn)定性；雖然已有專利與文獻(xiàn)的內(nèi)容是關(guān)于梯形波的應(yīng)用實(shí)例，但是在現(xiàn)有技術(shù)中尚未見使用梯形波作為激勵(lì)方式的磁通門傳感器，并且未見對(duì)使用梯形波作為激勵(lì)方式的磁通門傳感器輸出的詳細(xì)分析。
[0011]梯形波激勵(lì)發(fā)生裝置的設(shè)計(jì)，主要是為了操控方便，實(shí)現(xiàn)根據(jù)測(cè)量環(huán)境磁場(chǎng)的實(shí)際要求，適時(shí)改變傳感器的測(cè)量精度與測(cè)量速度，在已提高穩(wěn)定性的前提下，采用可控頻率的周期性梯形波激勵(lì)磁場(chǎng)作為調(diào)制信號(hào)去檢測(cè)目標(biāo)環(huán)境磁場(chǎng)；輸出準(zhǔn)確，本專利設(shè)計(jì)的基于FPGA的梯形波激勵(lì)信號(hào)發(fā)生裝置，適合實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理要求；雖然梯形波激勵(lì)發(fā)生裝置已有設(shè)計(jì)實(shí)例，但是此裝置根據(jù)不同應(yīng)用，設(shè)計(jì)(模數(shù)轉(zhuǎn)換，V/I變換等)存在差異，產(chǎn)生信號(hào)的方式也不盡相同。
[0012]以時(shí)間差為檢測(cè)方法的磁通門傳感器的不穩(wěn)定體現(xiàn)在輸出信號(hào)的橫向不穩(wěn)定程度，造成這種橫向不穩(wěn)定程度的原因一一輸出信號(hào)所伴隨的噪聲干擾(包括傳感器本身的磁噪聲、電路噪聲等)。使用濾波器雖然可以濾除一些諧波成分，但是如果不能從根本上去解決信號(hào)的噪聲問題會(huì)出現(xiàn)一定程度的信號(hào)畸變。
[0013]為了解決上述問題，除了選用具有高磁導(dǎo)率的磁芯材料作為磁芯之外，還利用增加激勵(lì)信號(hào)頻率的辦法去改變磁芯的磁滯特性。時(shí)間差型磁通門傳感器通常的激勵(lì)磁場(chǎng)方式有正弦波激勵(lì)與三角波激勵(lì)兩種，但是在這兩種激勵(lì)方式的作用下傳感器輸出時(shí)間差信號(hào)的輸出穩(wěn)定性與靈敏度在激勵(lì)磁場(chǎng)強(qiáng)度不變的情況下相互制約，即穩(wěn)定性高靈敏度就會(huì)降低，靈敏度高穩(wěn)定性就會(huì)降低。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0014]本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種使用梯形波作為激勵(lì)磁場(chǎng)方式的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器及其輸出響應(yīng)檢測(cè)方法，與現(xiàn)有的兩種激勵(lì)方式相比，使用這種辦法，既保證了輸出信號(hào)的高靈敏度，又將測(cè)量的時(shí)間差值誤差穩(wěn)定在了更小的范圍內(nèi)，同時(shí)減小了功耗，有利于磁場(chǎng)檢測(cè)。最后利用變系數(shù)拉依達(dá)準(zhǔn)則將磁通門時(shí)間差中粗大誤差值點(diǎn)用均值替代，將新生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行滑動(dòng)等權(quán)平均處理，減小外界干擾的梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器；
[0015]本發(fā)明的另一目的是提供一種梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器的數(shù)據(jù)處理方法。
[0016]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0017]梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器，是由FPGAl2經(jīng)D/Α轉(zhuǎn)換電路1、V/1轉(zhuǎn)換電路2、激勵(lì)線圈3、磁芯以及骨架4、感應(yīng)線圈5，匹配電阻7、儀用放大電路8、帶通濾波電路9、遲滯整形電路10和非門電路11與FPGA12連接構(gòu)成。
[0018]激勵(lì)線圈3、磁芯及骨架4和感應(yīng)線圈5置于屏蔽層6內(nèi)。
[0019]磁芯以及骨架4由雙層片狀半玻板或空心圓柱狀塑料制作，磁芯以及骨架4的磁芯材料長(zhǎng)寬比為10:1?50:1，厚度為20μπι?2mm，最大磁導(dǎo)率大于106Gs/0e。
[0020]激勵(lì)線圈3與感應(yīng)線圈5纏繞在磁芯以及骨架4上,激勵(lì)線圈3纏繞在磁芯以及骨架4磁芯兩端，感應(yīng)線圈5纏繞在中間，或者激勵(lì)線圈3纏繞在整個(gè)磁芯上，感應(yīng)線圈5纏繞其上，采用不完全均勻的纏繞方式，激勵(lì)線圈3與感應(yīng)線圈5的匝數(shù)比為1:10~1:2。
[0021]梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器混合時(shí)間差數(shù)據(jù)處理方法，包括以下步驟:
[0022]a、開始，計(jì)算輸入信號(hào)的高低電平；
[0023]b、獲得原始時(shí)間差數(shù)據(jù)；
[0024]C、每η個(gè)原始時(shí)間差數(shù)據(jù)形成一個(gè)數(shù)組Ni ；
[0025]d、計(jì)算數(shù)組Ni的平均值F及方差σ i ;
[0026]e、將拉伊達(dá)準(zhǔn)則的判別條件由固定系數(shù)改為系數(shù)可變的拉伊達(dá)準(zhǔn)則，即|x(i_Dn+J I >3 O i 改為 |x(i_1)n+J|>ko i，其中 i ≥ 1，I ≤ j ≤ n，數(shù)組 Ni 的方差為 σ = k0+ Λ k，k0為恒定的初值，AkSk的變化量；
[0027]f、否，則保留元數(shù)據(jù)組數(shù)據(jù)X(i_1)nu ;是，將數(shù)據(jù)X(i_1)nu替換成，轉(zhuǎn)入形成新數(shù)據(jù)
組 N，= N，#，2+…N，i ；
[0028]g、將數(shù)組N’做等權(quán)端點(diǎn)平滑處理；
[0029]h、輸出時(shí)間差數(shù)據(jù)，并重新處理新數(shù)據(jù)。
[0030]有益效果:以傳感器輸出正負(fù)脈沖的時(shí)間差為檢測(cè)方法的時(shí)間差型磁通門輸出響應(yīng)穩(wěn)定，靈敏度大，功耗低。本發(fā)明制作的基于梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，提高了現(xiàn)有的時(shí)間差型磁通門傳感器的輸出時(shí)間差響應(yīng)穩(wěn)定度性能，從而增加了檢測(cè)輸出的精度，并且滿足實(shí)際目標(biāo)磁場(chǎng)的測(cè)量需要。用FPGA進(jìn)行數(shù)據(jù)處理速度快，分辨力高，信號(hào)頻率可控，對(duì)時(shí)間差數(shù)據(jù)進(jìn)行處理降低了噪聲對(duì)信號(hào)的影響，提高了精度，適于磁通門實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)測(cè)量。工藝簡(jiǎn)單，有利于時(shí)間差型磁通門傳感器的數(shù)字化。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0031]圖1是梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器結(jié)構(gòu)圖。
[0032]圖2是梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器無外界磁場(chǎng)工作圖。
[0033]圖3是梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器存在外界磁場(chǎng)工作圖。
[0034]圖4是梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器混合數(shù)據(jù)處理算法流程圖。
[0035]圖5是實(shí)施例1中梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器采集的原始時(shí)間差數(shù)據(jù)。
[0036]圖6是實(shí)施例1中梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)變系數(shù)拉伊達(dá)準(zhǔn)則處理后的新時(shí)間差數(shù)據(jù)序列。
[0037]圖7是實(shí)施例1中梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)等權(quán)端點(diǎn)平滑處理后的新時(shí)間差數(shù)據(jù)序列。
[0038]圖8是實(shí)施例2中梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器采集的原始時(shí)間差數(shù)據(jù)。
[0039]圖9是實(shí)施例2中梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)變系數(shù)拉伊達(dá)準(zhǔn)則處理后的新時(shí)間差數(shù)據(jù)序列。[0040]圖10是實(shí)施例2中梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)等權(quán)端點(diǎn)平滑處理后的新時(shí)間差數(shù)據(jù)序列。
[0041 ] 1D/A轉(zhuǎn)換電路，2V/1轉(zhuǎn)換電路，3激勵(lì)線圈，4磁芯以及骨架，5感應(yīng)線圈，6屏蔽層，7匹配電阻，8儀用放大電路，9帶通濾波電路，10遲滯整形電路，11非門電路，12計(jì)數(shù)電路 FPGA。
【具體實(shí)施方式】:
[0042]下面結(jié)合附圖和實(shí)例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0043]梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器，F(xiàn)PGA12經(jīng)D/Α轉(zhuǎn)換電路1、V/I轉(zhuǎn)換電路2、激勵(lì)線圈3、磁芯以及骨架4、感應(yīng)線圈5，匹配電阻7、儀用放大電路8、帶通濾波電路9、遲滯整形電路10 和非門電路11與FPGA12連接構(gòu)成。
[0044]激勵(lì)線圈3、磁芯及骨架4和感應(yīng)線圈5置于屏蔽層6內(nèi)。
[0045]磁芯以及骨架4由雙層片狀半玻板或空心圓柱狀塑料制作，磁芯以及骨架4的磁芯材料長(zhǎng)寬比為10:1~50:1，厚度為20μπι~2mm，最大磁導(dǎo)率大于106Gs/0e。
[0046]激勵(lì)線圈3與感應(yīng)線圈5纏繞在磁芯以及骨架4上,激勵(lì)線圈3纏繞在磁芯以及骨架4磁芯兩端，感應(yīng)線圈5纏繞在中間，或者激勵(lì)線圈3纏繞在整個(gè)磁芯上，感應(yīng)線圈5纏繞其上，采用不完全均勻的纏繞方式，激勵(lì)線圈3與感應(yīng)線圈5的匝數(shù)比為1:10~1:2。
[0047]梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器混合時(shí)間差數(shù)據(jù)處理方法，包括以下步驟:
[0048]a、開始，計(jì)算輸入信號(hào)的高低電平；
[0049]b、獲得原始時(shí)間差數(shù)據(jù)；
[0050]C、每η個(gè)原始時(shí)間差數(shù)據(jù)形成一個(gè)數(shù)組Ni ；
[0051]d、計(jì)算數(shù)組Ni的平均值:瓦及方差σ i ;
[0052]e、將拉伊達(dá)準(zhǔn)則的判別條件由固定系數(shù)改為系數(shù)可變的拉伊達(dá)準(zhǔn)則，即|x(i_Dn+J I >3 O i 改為 |x(i_1)n+J|>ko i，其中 i ≤ 1，I ≤ j ≤ n，數(shù)組 Ni 的方差為 σ = k0+ Λ k，k0為恒定的初值，AkSk的變化量；
[0053]f、否，則保留元數(shù)據(jù)組數(shù)據(jù)x(i_1)n+j^，將數(shù)據(jù)^^替換成瓦，轉(zhuǎn)入形成新數(shù)據(jù)組 N，= N，#，2+…N，i ；
[0054]g、將數(shù)組N’做等權(quán)端點(diǎn)平滑處理；
[0055]h、輸出時(shí)間差數(shù)據(jù)，并重新處理新數(shù)據(jù)。
[0056]FPGA邏輯信號(hào)處理器12控制產(chǎn)生梯形波的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過D/Α轉(zhuǎn)換電路I之后，由ν/Ι轉(zhuǎn)換電路2形成梯形波周期激勵(lì)信號(hào)發(fā)生裝置，該裝置激勵(lì)信號(hào)的激勵(lì)電流輸入與時(shí)間差型磁通門探頭的激勵(lì)線圈3的兩個(gè)端口連接，激勵(lì)線圈的激勵(lì)磁場(chǎng)作用于由骨架固定的磁芯4上，然后由感應(yīng)線圈5將感受到的外界被測(cè)磁場(chǎng)信號(hào)輸出，整個(gè)時(shí)間差型磁通門探頭由屏蔽層6密封，感應(yīng)線圈5的輸出信號(hào)經(jīng)過匹配電阻7之后與由儀用放大電路8構(gòu)成的前置差分放大裝置的輸入端連接，儀用放大電路8的輸出經(jīng)過帶通濾波電路9后，再經(jīng)過遲滯整形電路10與非門電路11最終轉(zhuǎn)化為TTL信號(hào)送入FPGA邏輯信號(hào)處理器12進(jìn)行高低電平的計(jì)數(shù)，計(jì)算時(shí)間差，從而檢測(cè)外界被測(cè)磁場(chǎng)的大小。在周期性梯形波激勵(lì)磁場(chǎng)的作用下，磁芯被反復(fù)的磁化到過飽和狀態(tài)，當(dāng)傳感器磁芯的軸向存在被測(cè)磁場(chǎng)時(shí),磁芯處于雙勢(shì)阱的兩個(gè)穩(wěn)態(tài)點(diǎn)的時(shí)間是不等的，產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間差，即時(shí)間差型磁通門探頭輸出信號(hào)相鄰的的正脈沖與負(fù)脈沖之間的時(shí)間間隔不等，時(shí)間差的大小與被測(cè)磁場(chǎng)的大小有關(guān)。
[0057]如圖1所示包括:FPGA12控制產(chǎn)生不同頻率下的梯形波數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過D/Α轉(zhuǎn)換電路I后由V/I轉(zhuǎn)換電路2形成梯形波周期激勵(lì)信號(hào)發(fā)生裝置，此激勵(lì)信號(hào)的激勵(lì)電流輸入與時(shí)間差型磁通門探頭 的激勵(lì)線圈3連接，激勵(lì)線圈的激勵(lì)磁場(chǎng)作用于由骨架固定的磁芯4上，然后由感應(yīng)線圈5將感受到的外界被測(cè)磁場(chǎng)信號(hào)輸出，整個(gè)時(shí)間差型磁通門探頭由屏蔽層6密封，感應(yīng)線圈5的輸出信號(hào)經(jīng)過匹配電阻7之后與由儀用放大電路8構(gòu)成的前置差分放大裝置的輸入端連接，儀用放大電路8的輸出經(jīng)過帶通濾波電路9后，再經(jīng)過遲滯整形電路10與非門電路11最終轉(zhuǎn)化為TTL信號(hào)送入FPGA12進(jìn)行高低電平的計(jì)數(shù)，計(jì)算時(shí)間差，然后將此時(shí)間差利用一種混合數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行處理，抑制測(cè)量結(jié)果中的隨機(jī)誤差，消除信號(hào)噪聲，從而更加準(zhǔn)確的檢測(cè)外界被測(cè)磁場(chǎng)的大小。
[0058]激勵(lì)信號(hào)發(fā)生裝置產(chǎn)生頻率可控的周期性梯形波電流信號(hào)作用于時(shí)間差型磁通門探頭的激勵(lì)線圈上，時(shí)間差型磁通門探頭的骨架由雙層片狀半玻板和空心圓柱狀塑料制作而成，采用長(zhǎng)寬比為10:1~50:1，厚度為20μπι~2mm，最大磁導(dǎo)率大于106Gs/0e的鈷基非晶材料作為磁芯，激勵(lì)線圈與感應(yīng)線圈纏繞其上，激勵(lì)線圈與感應(yīng)線圈的匝數(shù)比為1:10~1:2之間，骨架外側(cè)由銅、鋁材料密封包裹而成的多層結(jié)構(gòu)屏蔽層，激勵(lì)線圈、感應(yīng)線圈以及連接屏蔽層的地線由一條屏蔽線引出。
[0059]FPGA邏輯信號(hào)處理器12經(jīng)過初步計(jì)算得到時(shí)間差數(shù)據(jù)之后，將其中的每η個(gè)時(shí)
間差數(shù)據(jù)形成一個(gè)數(shù)組，即=X1, X2,...Xn為N1, χη+1, χη+2,...X2n為 ^2， *** X(1-l)n+lJ X(1-1)
n+2,...XinS Ni。然后，依次計(jì)算每個(gè)數(shù)組的均值--；和方差OiO根據(jù)數(shù)組需要保留的數(shù)據(jù)量與數(shù)組的長(zhǎng)度η的比值，控制粗大誤差值的個(gè)數(shù)從而確定可變閾值系數(shù)k。當(dāng)數(shù)組中的元素值|X(i_1)n+」>k0 i時(shí)，該值被認(rèn)為是粗大誤差，用數(shù)組Ni的均值瓦進(jìn)行替代；當(dāng)數(shù)組中的元素值|X(1-1)n+j|〈k0iW，該值被保留。經(jīng)過以上處理之后，時(shí)間差原始數(shù)據(jù)序列N形成新的數(shù)據(jù)序列N’ = N’ AN’ 2+…N’ i，其中，N’ i為粗大誤差被替代后的新時(shí)間差數(shù)組。從新數(shù)據(jù)序列N’的初始端點(diǎn)處以逐個(gè)滑動(dòng)的方式每次取I個(gè)連續(xù)數(shù)據(jù)，作權(quán)值為I/I的平均來表示數(shù)據(jù)的平滑，直到全部數(shù)據(jù)處理完成為止，即等權(quán)端點(diǎn)平滑處理，其算式為:
【權(quán)利要求】
1.一種梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器，其特征在于，F(xiàn)PGA(12)經(jīng)D/Α轉(zhuǎn)換電路1、V/I轉(zhuǎn)換電路(2)、激勵(lì)線圈(3)、磁芯以及骨架(4)、感應(yīng)線圈(5)，匹配電阻(7)、儀用放大電路(8)、帶通濾波電路(9)、遲滯整形電路(10)和非門電路(11)與FPGA (12)連接構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求1所述的梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器，其特征在于，激勵(lì)線圈(3)、磁芯及骨架(4)和感應(yīng)線圈(5)置于屏蔽層(6)內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求1所述的梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器，其特征在于，磁芯以及骨架(4)由雙層片狀半玻板或空心圓柱狀塑料制作，磁芯以及骨架(4)的磁芯材料長(zhǎng)寬比為10:1~50:1，厚度為20μπι~2mm，最大磁導(dǎo)率大于106Gs/0e。
4.按照權(quán)利要求1所述的梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器，其特征在于，激勵(lì)線圈(3)與感應(yīng)線圈(5)纏繞在磁芯以及骨架(4)上，激勵(lì)線圈(3)纏繞在磁芯以及骨架(4)磁芯兩端，感應(yīng)線圈(5)纏繞在中間，或者激勵(lì)線圈(3)纏繞在整個(gè)磁芯上，感應(yīng)線圈(5)纏繞其上，采用不完全均勻的纏繞方式，激勵(lì)線圈(3)與感應(yīng)線圈(5)的匝數(shù)比為 1:10 ~1:2。
5.一種梯形波激勵(lì)的變靈敏度式時(shí)間差型磁通門傳感器混合時(shí)間差數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，包括以下步驟: a、開始，計(jì)算輸入信號(hào)的高低電平； b、獲得原始時(shí)間差數(shù)據(jù)； C、每η個(gè)原始時(shí)間 差數(shù)據(jù)形成一個(gè)數(shù)組Ni ； d、計(jì)算數(shù)組Ni的平均值?7及方差σi ; e、將拉伊達(dá)準(zhǔn)則的判別條件由固定系數(shù)改為系數(shù)可變的拉伊達(dá)準(zhǔn)則，即|Χ(η)n+J I >3 O i 改為 |x(i_1)n+J|>ko i，其中 i ≤ 1，I ≤ j ≤ n，數(shù)組 Ni 的方差為 σ = k0+ Λ k，k0為恒定的初值，AkSk的變化量； f、否，則保留元數(shù)據(jù)組數(shù)據(jù)X(1-l)n.j ;是，將數(shù)據(jù) X(1-l)n+j 替換成瓦，轉(zhuǎn)入形成新數(shù)據(jù)組N’=N’ i+N’ 2+…N’ i ； g、將數(shù)組N’做等權(quán)端點(diǎn)平滑處理； h、輸出時(shí)間差數(shù)據(jù)，并重新處理新數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G01R33/04GK103941200SQ201410206051
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】龐娜, 王言章, 吳樹軍, 程德福 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)