生物医学磁弹性检测系统模块电路设计

发布时间：2017-04-13 04:05

  本文关键词：生物医学磁弹性检测系统模块电路设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：磁弹性传感器是一种基于磁致伸缩效应的新兴无线传感器,它能够以无线连接的磁场耦合共振检测方式,实现对应力、负载质量、粘度等诸多物理参数的快速精确检测。以铁基非晶合金为主流的磁弹性传感器具有无线无源、低成本、高灵敏度等诸多优点,在封闭空间内的无损检测、生物在体检测等诸多应用方向上,获得了越来越广泛的关注,近年来逐渐成为传感检测领域的研究热点,在物理、生化、尤其是生物医学传感器领域有着广阔的应用前景。但是目前用于开展磁弹性传感器研究的共振频率电路测量系统基本是在阻抗法或扫频感应法的基础上,针对某种应用或某一类别的应用进行的单一化设计,无法充分发挥磁弹性传感器在多领域的应用潜力。针对上述问题,本文设计了一种基于模块化思想的磁弹性传感器共振频率检测系统平台。通过对磁弹性传感器的多种检测方法,包括阻抗法和扫频感应法进行原理分析,以功能相关分析为原则进行了磁弹性传感器共振频率测量系统平台的功能模块化设计,确定了包括控制模块、交流激励模块、直流偏置模块以及幅值、相位检测模块等不同功能的电路模块集合,提出了各个模块对应的具体设计指标,并且进行了这一系列功能模块的硬件电路设计及制作。在这种设计下,通过不同功能模块的组合和匹配可以组成针对不同应用的磁弹性传感器共振频率测量系统,可以很好的实现了一种便携可靠、低成本、具有极强适应性的磁弹性传感器共振频率测量解决方案。在对各个功能模块进行单独性能测试后,系统实验分别选择了三种具有代表性的组合模式构建磁弹性检测平台,开展了磁弹性检测的对比实验,初步实验结果验证了各功能模块的可用性及系统设计的可行性。
【关键词】：磁致伸缩 磁弹性传感器 模块电路
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318;TP212
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 课题背景8-10
• 1.1.1 磁致伸缩效应及磁致伸缩材料8-9
• 1.1.2 磁弹性传感器9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 国外磁弹性传感器检测装置发展10-13
• 1.2.2 国内磁弹性传感器检测装置发展13-14
• 1.3 课题研究意义、目的和主要研究内容14-16
• 1.3.1 课题研究意义14-15
• 1.3.2 课题研究目的15
• 1.3.3 课题主要研究内容15-16
• 2 磁弹性传感器共振及检测原理16-24
• 2.1 磁弹性传感器的磁场激励16-18
• 2.2 磁弹性传感器的共振模型18-20
• 2.3 磁弹性传感器的检测理论20-23
• 2.3.1 扫频感应法检测原理20-22
• 2.3.2 阻抗法检测原理22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 3 模块化磁弹性检测平台设计方案24-32
• 3.1 系统功能模块化设计准则24-25
• 3.2 阻抗法检测装置模块化设计25-27
• 3.3 扫频感应法检测装置模块化设计27-28
• 3.4 检测平台整体方案设计28-29
• 3.5 本章小结29-32
• 4 模块电路设计与测试32-66
• 4.1 微控制器与通信模块32-35
• 4.1.1 MSP430F5529 单片机32-34
• 4.1.2 RS232 通信模块34-35
• 4.2 交流信号发生模块35-43
• 4.2.1 AD9850 工作原理36-37
• 4.2.2 乘法型DAC的程控实现37-38
• 4.2.3 放大与滤波设置38-40
• 4.2.4 交流信号发生模块性能测试40-43
• 4.3 交流电流源模块43-46
• 4.3.1 直流偏置电路43-44
• 4.3.2 交流电压-电流转换电路44-45
• 4.3.3 交流电流源模块性能测试45-46
• 4.4 交流电压源模块46-48
• 4.4.1 输出缓冲级电路46-47
• 4.4.2 交流电压源模块性能测试47-48
• 4.5 直流电压源模块48-52
• 4.5.1 直流电压信号产生49-50
• 4.5.2 放大扩流电路50-51
• 4.5.3 直流电压源模块测试51-52
• 4.6 幅值检波模块52-57
• 4.6.1 信号调理电路52-53
• 4.6.2 真有效值转换电路53-54
• 4.6.3 AD采样电路54-56
• 4.6.4 幅值检波模块性能测试56-57
• 4.7 相位检波模块57-62
• 4.7.1 调理限幅电路58
• 4.7.2 方波转换电路58-59
• 4.7.3 低通滤波电路59-61
• 4.7.4 相位检波模块性能测试61-62
• 4.8 电源模块62-64
• 4.9 本章小结64-66
• 5 模块化磁弹性检测平台实验测试66-80
• 5.1 阻抗法检测平台的搭建与测试67-72
• 5.1.1 阻抗法检测平台的搭建67-68
• 5.1.2 阻抗平台重复性测试68-70
• 5.1.3 阻抗平台传感器尺寸改变的响应测试70-71
• 5.1.4 阻抗平台粘度改变的响应测试71-72
• 5.2 扫频感应法检测平台的搭建与测试72-75
• 5.2.1 扫频感应法检测平台的搭建72-73
• 5.2.2 扫频平台重复性测试73-74
• 5.2.3 扫频平台传感器尺寸改变的响应测试74-75
• 5.3 无直流扫频感应法检测平台的搭建与测试75-77
• 5.3.1 无直流扫频感应法检测平台的搭建75-76
• 5.3.2 无直流扫频平台传感器尺寸改变的响应测试76-77
• 5.4 本章小结77-80
• 6 总结与展望80-82
• 6.1 主要工作总结80
• 6.2 工作展望80-82
• 致谢82-84
• 参考文献84-87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 文西芹,宁晓明,张永忠,刘成文;磁致伸缩传感器技术应用的发展[J];传感器技术;2003年02期

2 陈笑风;杜磊;赵柏树;;基于Howland电流源的精密压控电流源[J];电子技术应用;2012年09期

3 王春华;;基于Wilson电流镜的CCCⅢ电路[J];仪器仪表学报;2006年04期

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本文编号：302739