基本信息
- 项目名称：
- 中频强磁场空间点测量装置
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 中频强磁场在医学、科学实验和抗干扰测量等应用越来越广，目前磁场测量大多针对恒定磁场，一般交变磁场测量仪器可测量低频强磁场和高频弱磁场，也无法连续测量和显示空间点磁场。 本设计的中频强磁场测量装置采用上下位机的结构，包括测量探头、便携式检测仪和上位机的数据显示分析系统。设计制作和标定中频强磁场测量传感器，具有较高精度和强抗干扰能力；通过下位机携式检测仪连续测量空间点磁场的检测、信号处理等，将数据离线传到上位机，再进行数据处理和空间点显示，实现强干扰下的中频强磁场空间点测量和显示。该装置具有使用方便、抗干扰能力强、数据处理容易、能够直观显示空间点磁场、性价比高等优点。
- 详细介绍：
- 现代科技发展，使中频强磁场的应用越来越广泛，如医学应用、科学实验和抗干扰测量，中频强磁场是测量领域一个难题，主要是目前的测量仪器大多针对恒定磁场，而交变磁场测量仪器一般可以测量低频强磁场和高频弱磁场，也无法连续测量和显示空间点磁场。本设计采用上下位机的结构，设计一款包括测量探头、便携式检测仪和上位机的数据显示分析系统的中频强磁场测量装置。通过实验标定，得到较高精度和强抗干扰能力的中频强磁场测量传感器，实现中频强磁场测量的空间点测量和显示。 在下位机硬件设计方面，采用中频程控放大和整流、峰峰值检测、PWM调制、MCU电压比较检测出空间点磁场场强和频率，可实现手动和自动记录保存数据，并通过RS232/USB通讯将数据传送到PC机进行相关处理。在下位机软件设计方面，嵌入μCOS-II操作系统，在该软件平台下，充分利用片上资源，优化任务调度。 在上位机程序设计方面，可以完成与下位机的通讯功能、实现立体曲面显示、数据误差分析、建模处理、数据归档、调用和打印等，使数据分析管理自动优化，在这个基础上设计磁场的三维空间强度的重构，软件界面友好，使用方便。 本作品的创新之处如下： （1）自制传感器提高线性度、精度和抗干扰能力，并可避免强磁场直接烧坏；通过数字开关将信号完整传送到专业测控电路和程控放大电路，经过自动校检，消除电路中的温漂和零漂。 （2）采用PWM调制后的MUC内部电压比较的方法检测电压是少有的，当比较频率为1MHz时就达到10位AD芯片的精度，有很高的分辨率，而且使用灵活方便，有很好的移植性。 （3）内部自带1Mbit数据存储空间，保存即时数据和波形，通过RS232/ USB传输到PC机上搭建的数据库方便日后数据调用、误差分析、建模处理等。 （4）在数据显示方面，本设计使用了128×64LCD的点阵显示器，不但能清晰地显示测量数据，还可以通过我们设计的菜单显示相关数据的选择与数据的存储与通讯设置。 （5）在上位机程序设计方面，主要包括数据获取、数据分析、数据导出、二维显示和三维显示五个模块。能完成数据线性度分析、误差分析处理、立体三维显示和数据存储管理等功能。软件界面友好、使用方便。 （6）下位机体积小，便携灵活。 本作品主要设计了一款中频强磁场空间点测量装置，它的技术方案是：该作品由传感器模块、模拟放大电路模块、PWM调制模块、数字控制电路模块、通讯模块和上位机模块组成。通过自制测量探头并通过实验标定得到较高精度的传感器，测量中频强磁场，经过信号放大电路后接入以LM3S1138为核心的下位机进行数据显示，并通过RS232/USB通讯将数据传送到上位机进行建模处理、误差分析、数据调用、存储管理和立体曲面显示等。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.设计目的 现代科技发展，使中频强磁场的应用愈加泛,如医学应用、科研和磁场干扰测量，而中频强磁场是测量领域一个难题。目前的测量仪器大多针对恒定磁场，交变磁场测量仪器一般可以测量低频强磁场和高频弱磁场。本项目设计开发一款中频强磁场空间点测量装置，包括测量探头、磁场检测仪和上位机的数据显示分析系统，实现中频强磁场及其空间点磁场强度和频率的测量，提高线性度、精度和抗干扰能力。 2.基本思路 自制中频强磁场特殊测量探头，通过实验标定，得到较高精度的传感器，采用中频程控放大和整流、峰峰值检测量、PWM调制进行AD转换、MCU电压比较，检测和显示磁场场强和频率，记录保存数据，并通过RS232/USB 将数据传送到PC机进行分析、处理与管理，实现磁场强度的曲线、立体三维的构图及显示。 3.创新点及技术关键 ①自制特殊的传感器及标定 ②中频强磁场空间点测量 ③数据采集与抗干扰传送 ④数据分析管理及三维立体曲面显示 4.主要技术指标 ①交变磁场频率：0-150KHz;场强：0-650GS ②测量频率精度：2%；峰峰值精度：10% ③液晶显示：点阵LCD128×64显示 ④数据存储：1Mbit内存 ⑤通讯：RS232/USB与PC上位机数据传输 ⑥电池参数：3节9V电池；使用时间：≥6小时
科学性、先进性
- 现有的磁场检测仪器的主要特点是： 1.大部分磁场测量传感器面向恒定磁场，一些传感器置于中频强磁场下出现发热烧毁现象 2.交变磁场测量仪器一般只可测量低频强磁场和高频弱磁场。一些磁场测量传感器能测量较低频率的强磁场，但达不到所规定的磁场参数要求 3.电压检测多采用传统的AD芯片，抗干扰能力差 4.大部分磁场测量仪器体积大，便携性差 针对以上缺点，本设计提供一款包括自制特殊传感器、磁场检测仪和上位机三维立体曲面显示、数据分析处理系统的中频强磁场空间点测量装置，填补国内空白，表现如下： 1.采用自制高度精度和抗干扰的特殊传感器，可避免强磁场直接烧坏，可对点磁场测量 2.采用PWM调制后的MUC内部电压比较的方法检测电压 3.体积小，便携灵活，方便现场的检测 4.具有1Mbit数据存储空间，保存数据，通过RS232/USB传输到上位机实现三维立体显示，方便日后数据调用及处理
获奖情况及鉴定结果
- 2009年5月，在第十届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛终审决赛获一等奖； 2008年12月，在第三届“挑战杯”某高校课外学术科技作品竞赛决赛获特等奖； 2008年3月，在某高校学生课外学术科技立项项目评审组后期终审获良好； 2007年11月，在某高校学生课外学术科技立项项目评审组中期评审获优秀。
作品所处阶段
- 完成实验阶段、已有相关专利，开始应用。
技术转让方式
- 面议
作品可展示的形式
- 实物、产品、现场展示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1.使用说明 现场测量时人体不可携带任何金属物质，传感器横截面与磁力线垂直，操作按键实现参数设置、测量及记录数据，并通过USB与电脑进行通讯。 2.技术特点和优势 中频强磁场传感器的制作与标定，测量电路与抗干扰设计，上位机软件的数据处理及三维立体显示，便携灵活，抗干扰能力强。 3.适应范围 任何应用中频强磁场的生产和生活中并需要磁场测量的场合。 4.推广前景 科技的发展促使中频强磁场的应用愈加广泛，设计便携灵活、显示直观、测量结果可移植性好的中频强磁场空间点测量装置将具备广阔的应用前景。 5.市场分析和经济效益 本作品推广普及，可估算其经济效益前景，如国外同类产品的价格约为每台60000元，按国外同类产品价格的20%，年销售量按500台计算，可获600000*500*20%=600万元的销售额。
同类课题研究水平概述
- 当前国内外磁场检测仪大多针对恒定磁场，而目前的交变磁场测量仪器集中在测量电磁辐射的高频弱磁场和低频强磁场，对于空间高频强磁场的稳态检测，其测量范围和精度都难以达到要求，且结构复杂、价格昂贵。 本作品提供了一款包括自制传感器、磁场检测仪和上位机的三维磁场强度显示和分析系统的中频强磁场空间点测量装置，自制的传感器提高了线性度、精度和抗干扰能力，不仅降低其成本，而且使测量方便精确，此外本作品的显示直观易懂、可实现手动或自动测量，更具人性化,电源采用3节9V电池更节能。设计该作品具有广阔的应用前景和市场，能填补国内空白。 以下是国内一些磁场检测仪的简介： 1.国内检测仪生产厂家北京宏昌信科技有限公司出的HI-3604 工频电场磁场检测仪技术参数如下： 频率范围：30-2000Hz； 电场范围：1V/m-200kV/m； 检测：单向、响应、有效值； 存储：最多127个数据； 频率响应：0.5dB（50-1000Hz）； 磁场范围：0.2mGS-20GS； 环境：温度10-40℃，湿度5％-95％。 2.国内检测仪生产厂家上海泰亚赛福有限公司出的HI3624（A） ELF/工频磁场强度测试仪技术参数如下： 配置单轴磁场探头，价格低廉，响应频率宽； 低频率补偿可选择为5Hz或者30Hz； 响应频率上限为2000Hz； 自动量程0.2-20 gauss操作更方便； 远程探头可用来查找磁场源 3624频响范围30---2000HZ <3624A>频响范围50---2000HZ
