论文总字数：18972字

摘 要

颗粒示踪技术在工业生产和科学研究中具有重要的意义。现在磁场检测技术向着高精度，高灵敏度，小型便携化进行发展，国内外主要通过磁性粒子成像实现对磁性颗粒示踪。本文设计了磁场检测系统，实现磁性颗粒的示踪。本文提出通过三个单轴磁阻传感器正交来实现对微弱磁场的检测，通过磁场的三维信息结合磁偶极子模型实现磁性颗粒的示踪。微弱磁场的检测本文在此基础上进而实现磁性颗粒位置的精准定位，达到对磁性颗粒的示踪。本设计方案选择均匀磁化的圆柱形永磁体作为待测模块，硬件模块设计了磁阻传感器检测模块、运放模块、MCU模块、串口电路模块、显示屏模块，在硬件设计的基础上，通过软件的编写最终实现磁场信息的检测显示，结合毕奥一萨伐尔定理建立圆柱形永磁体空间磁场模型，实现对的磁性颗粒的定位。

关键字：三维磁场 弱磁场检测 永磁体 磁阻传感器 颗粒示踪

Particle Tracer Technology Based on AMR Sensor

Abstract

Particle tracer technology is of great significance in industrial production and scientific research. Nowadays, magnetic field detection technology is developing toward high precision, high sensitivity and small portability. At home and abroad, magnetic particle imaging is mainly used to trace magnetic particles. This paper designs a magnetic field detection system to achieve the trace of magnetic powder.. In this paper, the detection of weak magnetic field is realized by orthogonalization of three uniaxial magnetoresistive sensors. The magnetic particle is traced by the three-dimensional information of the magnetic field combined with the magnetic dipole model. On the basis of this, the detection of the weak magnetic field further realizes the precise positioning of the magnetic particle position to achieve the tracking of the magnetic particles. The design scheme selects a uniformly magnetized cylindrical permanent magnet as the module to be tested, and the hardware module designs a magnetoresistive sensor detection module, an operational amplifier module, an MCU module, a serial port circuit module, a display module, and on the basis of hardware design, through software. The preparation of the final realization of the magnetic field information detection display, combined with the Biot-Savar theorem to establish a cylindrical permanent magnet space magnetic field model to achieve the positioning of the magnetic particles.

Key words:Three-dimensional magnetic field;Weak magnetic field detection;

Permanent magnet;Magnetoresistive sensor；Particle tracer

目录

第一章 绪论 1

1.1 磁场检测的背景及意义 1

1.2本课题研究的内容 1

1.3空间磁场的分类 1

1.4磁场测量系统的国内外研究现状 2

1.4.1国外研究现状 2

1.4.2国内研究现状 3

第二章 磁场检测原理 5

2.1磁场检测仪的组成 5

2.2常见的磁场检测仪 5

2.2.1无定向磁强仪 5

2.2.2 感应线圈磁强计 5

2.2.3磁通门磁力仪 5

2.2.4超导量子干涉仪磁强计 6

2.2.5霍尔高斯计 7

2.2.6 质子磁强计 7

2.2.7光泵磁强计 8

2.3 磁场检测方案分析 8

2.4本章小结 8

第三章 磁场检测系统总体设计方案 9

3.1磁场检测系统设计要求 9

3.2 磁感应强度检测系统设计 9

3.3磁性颗粒示踪方案设计 10

3.4硬件设计模块 12

3.5本章小结 13

第四章 磁场检测系统硬件电路设计 14

4.1磁阻传感器的选型 14

4.2 MCU及其外围电路设计 15

4.3 AD623电路图设计 16

4.4串口电路模块 17

4.5串口屏电路设计 18

4.6本章小结 18

第五章 磁场检测系统软件设计 19

5.1 空间磁场测量程序流程 19

5.2 CubeMX的配置 19

5.3主函数代码 22

5.4本章小结 23

结论 24

参考文献 25

致谢 27

附录1 磁场检测系统硬件电路图 28

附录2 PCB布线图 29

第一章 绪论

1.1 磁场检测的背景及意义

在很久已经我们就进行了对磁场的探索，在古代就能根据磁场进行的确定，催生了我们的大航海时代对新大陆的探索，对我们文明的进程起到了极大的推动作用^[1]。磁场检测在我们现在工业生产和科学研究中都是不可获取的技术，我们生活在地磁场中，磁场与我们的生活息息相关，现如今磁场测量技术在不断的发展革新，拥有越来越丰富的磁场测量方法,目前为止磁场的测量范围达到10^-15-10³T^[2]。

自从法拉第于1831年发现了电磁感应定律之后，电现象和磁现象被联系在了一起，推动了电工事业的发展，对测量磁场有了迫切的需求^[3]。也和地磁场密不可分，观测和研究磁场成为一门必不可少的学问，地磁学就是对地磁场的研究的一门必不可少的功课^[4]。除了地磁场以外，弱磁场的研究对我们的工业生产和科学研究中密不可分。磁场的研究已经渗透到我们人类生活的方方面面，大到天体演变的磁场测量、天体运行、地质年代变化的检测、地心磁场变化的检测、航空航天、国防、军事等等，小到我们生活中的交通运输、办公、医疗卫生、农业、工业、家庭、海洋等等方方面面。发展磁场检测仪器在我们的生产生活具有重要现实意义^[5]。

1.2本课题研究的内容

基于现有的磁场方案，设计系统利用磁阻传感器，进行永磁体的三维磁场的测量，不仅要测出磁场的大小，还需要检测出磁场的方向，然后计算出磁性颗粒的位置，进行磁性颗粒的示踪。总结了现有的磁场测量原理和方案，并对各种磁敏传感器的特点和磁场测量方案进行分析论证。评价不同设计方案对于社会、健康、安全、法律、文化以及环境的影响；选择合适的磁阻传感器进行设计以实现磁场三维信息的测量，设计硬件电路系统实现永磁体的三维磁场测量，并且进行软件设计实现在显示屏上显示磁场的大小和方向信息。

1.3空间磁场的分类

磁场可以根据不同的要求分为以下几类：

请支付后下载全文，论文总字数：18972字