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门传感器工作原理的论文
对于业务进行中的特殊情况能够做出及时、正确的响应，保证业务数据的完整性。业务规范化原则在系统设计的同时，也为将来的业务流程制定了较为完善的规范，具有较强的实际操作性。
第一篇
1三端式磁通门传感器工作原理
三端式磁通门传感器采用双探头结构，即将两个绕有相同匝数线圈的磁通门传感器平行对称放置，将其并联后一端作为激励信号的输入端，另一端相互连接后中间引出抽头作为信号的输出端.
主要是为了抵消由于变压器效应产生的感应电动势.
这种结构相对普通磁通门传感器具有噪声低、基波分量小、灵敏度高和性能好等优点[9-10].
先对三端式磁通门上半轴进行分析，上半轴上磁场强度总和为外界磁场强度H0和两个激励线圈在磁芯轴向上产生的磁场强度He之和.
其中：He=He1+He2，He1=H1sinωt，He2=H2sinωt.
根据法拉第电磁感应定律，当磁芯远未饱和状态时，这时磁导率μ视为常数，产生的感应电动势为U1=-10-8NμSωcosωt(H1+H2)，(1)式中：μ为铁芯磁导率;S为横截面积;N为感应线圈匝数.
当在交流激励的作用下，磁芯充磁达到饱和状态，磁导率μ成为随时间变化的一个变量，这时线圈产生的感应电动势U1=-10-8Nμ(t)Sωcosωt(H1+H2)-10-8NS[sinωt(H1+H2)+H0]dμ(t)dt.
(2)同理，对于下半轴铁心，由于下半轴激励方向和上半轴相反，其线圈产生的感应电动势U2=-10-8Nμ(t)Sωcosωt(H1+H2)+10-8NS[sinωt(H1+H2)-H0]dμ(t)dt.
(3)由于三端式磁通门传感器结构为差分输出，总感应电动势为上下半轴磁芯感应电动势之和，如式(4)U=U1+U2=-2×10-8NS×H0×dμ(t)dt，(4)式中：μ(t)为时变函数，将μ(t)傅立叶展开，代入式(4)可以得出U=-2×10-8NS×H0×(2ωμ2msin2ωt+4ωμ4msin4ωt+…).
(5)通过式(5)得出，三端式磁通门传感器的输出信号为与外界磁场变化成正比的偶次谐波，奇次谐波分量得到有效抑制.
2磁通门探头结构
本设计中磁通门传感器探头采用三端式结构，即将一对高磁导率、低矫顽力的铁芯(选取型号为1J86的坡莫合金)平行放置，其磁芯的饱和磁通为Bs=0.
6T，最大磁导率为100000.
磁芯截面积约为6mm2，假设探头激励电压幅值为24V，频率为4kHz，根据文献[2]中公式，利用磁芯磁通达到饱和确定线圈匝数，经计算线圈匝数为149.
实验中在磁芯上各绕一组匝数为150的线圈，这种结构主要是为了相互抑制由于变压器效应而引起的感应电动势.
为了使传感器探头具有较高的灵敏度，设计中适当加大了磁芯探头与横截面直径的比值，设计的磁芯探头长度为20mm，横截面直径为7.
5mm.
3系统设计
铁磁体探测系统主要包括激励电路、磁通门探头、信号调理电路、数据采集模块、上位机几部分，如图2所示.
通过这个模块得到的信号就是与外界磁场强度成正比的电信号.
3.
1激励电路磁通门探头激励电路对系统的性能和测量结果有较大影响，为了提高测量系统的稳定性，需要激励信号在频率、幅值、相位等方面具有较高的稳定度.
设计中采用8M晶振经分频器SN74HC4060分别输出4kHz，8kHz的方波信号，使其分别作为激励信号源和相敏检波的基准信号.
将激励信号源通过功率放大器和二阶带通滤波器，目的是为了得到波形稳定的输出信号，并且可以使磁芯处于周期性饱和状态.
为了减小激励信号对探头的干扰，在探头前端加装隔离变压器.
3.
2信号调理电路磁通门信号的调理电路一般采用二次谐波法，由LC并联谐振电路、低噪声放大电路、带通滤波器、积分器和反馈电路几个环节构成.
由于磁通门探头阻抗特性以电感为主，通过并联电容使二次谐波频率达到谐振状态.
探头二次谐波信号比较微弱，在对其进行滤波前设置前置放大电路，滤波采用二阶有源带通滤波器，中心频率为31.
25kHz，品质因素Q为9.
8，增益为15.
把滤波后的信号与相敏检波的基准信号经过相敏检波电路进行全波整流，消除基波信号和奇次谐波信号的影响，得到信号的幅度大小.
3.
3信号采集电路探测系统采用可编程逻辑器件EP3C10E144型FPGA作为控制芯片来控制AD，实现3路信号采集，将采集后的数据先存入FPGA的RAM中，对数据进行中值滤波和频谱分析.
为了减少脉动的干扰，采集的信号进行中值滤波，其方法为信号采样N次后，对其进行排序取中间值.
本系统采样5次后排序，选取中间值作为有效值.
在FPGA内部对信号进行FFT运算，应用于对不同频率的目标进行识别.
4实验
当有铁磁性目标在一定范围内经过磁通门传感器时，系统就会获取目标的磁场信号.
当目标移动方向和传感器敏感轴方向一致靠近传感器时，首先测到的磁场强度是减小，而后逐渐增大;当目标与传感器在一条线时，寄传感器与目标距离最小时，系统测到的磁场强度为0;当目标继续移动远离传感器时，传感器输出值会先增大后减小为初值，如图3(1)所示.
当目标移动方向和传感器敏感轴方向刚好相反时，信号变化方向也会变反，如图3(2)所示.
实验中选体积约为1cm3的磁铁作为待测磁异目标，将三轴磁通门传感安装于试验台上，磁铁先沿传感器X轴敏感方向反向匀速移动，移动一段距离后改变运动方向，而后读取传感器输出信号值，结果如图4所示.
实验结果显示正向运动与反向运动波形对称，与预期的变化一致.
5结论
本文设计了基于三端式磁通门传感器的铁磁性目标探测系统，系统能感测到铁磁性目标的运动情况，实现了磁性目标的三分量测量.
系统具有功耗低、灵敏度高、稳定性好等优点.
作者：李沅 胡冠华 李凯 吴晓华 单位：中北大学 电子测试技术国家重点实验室 北方自动控制技术研究所 北京交通运输职业学院
第二篇
1系统通信
1.
1ZigBee树簇拓扑网络ZigBee网络的自动动态组网功能及数据传输自动路由功能对实现了系统的灵活机动通信。
图2为ZigBee树簇拓扑网络，其中协调器是首个FFD(全功能设备)，路由器为FFD，终端设备为RFD(精简功能设备)。
除了RFD互相之间不能通信外,其他组合均能相互通信。
1.
2ZigBee收发器图3为典型ZigBee收发器框图，不同ZigBee收发器的设计都必须包含匹配滤波在内的16个功能模块。
采用的匹配滤波(matchedfiltering)是最佳滤波的一种，对信号的匹配滤波相当于对信号进行自相关运算。
采用匹配滤波器处理，可以对传感器采集的信号中存在的工频信号进行突显，对其他信号或噪声进行抑制[3]。
系统中ZigBee收发器采用的是新一代CC2530片上系统解决方案。
CC2530的内核为单周期8051兼容内核，图4为CC2530最小系统设计电路原理图，也是实际收发器模块电路的核心电路部分。
图中电阻R1、R2、R3和电容C6、C7、C8、C9、C10、C11构成匹配滤波。
2驱鸟终端设计
驱鸟终端的组成框图如图5所示。
供电模块给终端供电，检测模块由多个传感器电路组成，负责将外部环境的模拟量转换为数值量输入，核心控制器MSP430F169按设定要求对采集的信息做出对应处理动作，终端上的是ZigBee收发模块实现近距离通信，语音模块及超声波模块为系统输出。
2.
1MSP430最小系统驱鸟终端的核心控制器采用德州仪器的MSP430F169芯片。
MSP430F169从结构上看，包含一个16位的精简指令计算机CPU，多个外围电路和一个用常见的冯诺依曼内存地址总线和内存数据总线连接的灵活时钟系统。
低频辅助时钟直接由32Hz的晶振驱动，能作为后台实时时钟自我唤醒。
MSP430F169的最小系统电路原理图如图6所示。
2.
2电源模块驱鸟终端装置安装在电力塔杆的横担上，可以充分接受阳光，因此采用太阳能供电方式比较适合。
本模块采用太阳能光伏发电，再由12V蓄电池存储电能并为整个系统提供电能。
电源模块由稳压、滤波电路组成，给驱鸟终端的检测模块和ZigBee收发模块提供3.
3V输入电压，给语音模块、LED模块及超声波模块提供5V输入电压。
2.
3检测电路设计多普勒效应指出，波在波源移向观察者时接收频率变高，而在波源远离观察者时接收频率变低[4]。
观察者(Observe)r和发射源(Source)的频率的表达式为：其中，f'为观察到的频率;f为发射源于该介质中的原始发射频率;ν为波在该介质中的行进速度;νo为观察者移动速度，若接近发射源则前方运算符号为+号,反之则为-号;νs为发射源移动速度，若接近观察者则前方运算符号为-号，反之则为+号。
文中采用的是微波移动物体探测器正是基于多普勒效应设计的GH-719模块。
GH-719微波感应位移模块属于非接触探测型模块，抗射频干扰能力强，不受温度，湿度，光线，气流，尘埃影响[5]。
驱鸟终端的设计除了微波感应位移模块外，辅助有时钟模块与温度模块，可以准确地检测到是否为白天有光情况。
图7为检测电路部分原理图,补充加上模数转换电路即可实现GH-719微波感应位移模块的数字信号输出功能。
2.
4ISD1820P语音录放模块语音模块在动作时筛选出对应鸟类的天敌的声音进行驱鸟。
语音芯片采用ISD1820P，内含振荡器、语音话筒前置放大、自动增益控制、防混淆滤波器、扬声器驱动及Flash阵列。
外接电阻能调整录放音时间，还可以借助专用设备批量拷贝语音信息，不耗电，信息可以保存很长时间(大约100年)。
考虑到可靠性和市场的普及性，通过对各种无线传输模块的比较后选择ISD1820P芯片，它能方便的实现语音的录音，用户可以方便地对驱鸟有明显效果的语音进行录音，并能通过微控制模块控制语音芯片播放录音。
其电路如图8所示。
3系统软件设计
驱鸟终端通过微波位移感应传感器采集鸟飞临电力杆塔横担附近的位移信号，经过放大滤波电路处理系统启动后，先初始化系统的各个硬件模块，由软件实现驱鸟方式的选择，判断测量值是否满足预设值，若满足按流程驱鸟，不满足则代表没有鸟飞临杆塔的横担附近则进入休眠的低耗能状态。
检测是否有鸟到来便开启天敌声驱鸟，若同时检测到无太阳光或星辰光，根据鸟类视觉定向的特点，开启LED阵列驱鸟。
过一段时间后，是否还能检测到鸟，若不能则系统进入休眠状态;若能则改为超声波驱鸟，同时采集鸟类鸣叫声音，利用ZigBee无线近距离传输、无线远程传输发送有故障杆塔位置、具体时间、光照强度等信息，以便监控中心观察记录。
图9为系统的软件设计流程图。
4结语
本文所设计的系统着眼于电力系统输电线路管理的结构优化及安全性的重要性，通过ZigBee无线近距离传输和GPRS无线远程传输对采集信息及时有效地传输，对飞临电力杆塔横担附近的鸟类录制其声音并对应发出其天敌的声音进行驱赶，
而当该系统对天敌声音失效下情况下，发出超声波达到相同效果，监控中心收集实时运行状态，可以更及时，更高效维护驱鸟装置，省时省力，大大的降低了定期排查的人力成本，预留的I/O口可以满足后期扩展和开发的需要。
作者：彭龑 戴毓虎 单位：四川理工学院 自动化与电子信息学院
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