平面式單軸磁通閘感測器應用於三維磁場量測之研究

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姓名

甘芳瑜(Fang-Yu Kan) 查詢紙本館藏

畢業系所

光機電工程研究所

論文名稱

平面式單軸磁通閘感測器應用於三維磁場量測之研究

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摘要(中)

近年來，隨著自動化工業的發展，無人搬運車在工廠中是不可或缺的重要角色，因此室內定位的功能也日漸發展起來。而每台工具機具有不同之磁場大小與方向，故本研究希望提出一種量測方法去辨別磁場，進而應用於式內定位上，可減少另外加裝定位系統的硬體成本。
基於低成本、高靈敏度可大量生產之優勢，本研究選擇平面式單軸磁通閘感測器元件，並使用亥姆霍茲線圈來產生一待測磁場以供實驗量測。量測時，由前端功率放大電路提供一7Vp-p、50kHz、920mA之正弦波給感測器的激發線圈，對於輸出感應電壓，本實驗透過帶通濾波器做訊號處理將雜訊濾除，可以使得感測器在非線性誤差度在5%以內有0~140μT的量測範圍以及0.359mV/μT的靈敏度。
最後，本研究成功藉由量測三軸分量來推算出待測磁場的大小與方向，並且透過初始化測量的階段將地磁的干擾排除，另以LabVIEW軟體撰寫人機介面，讓使用者可以即時量測並觀察磁場。

摘要(英)

In this paper, we proposed a method to measure three-dimensional magnetic field by using single-axis planar fluxgate magnetic sensor. We used the Butterworth band-pass filter to reduce noises. As a result, the magnetic sensitivity of proposed planar sensing element is about 0.359mV/μT and linear range is 0-140μT at 50kHz and 920mA current excitation, which is produced by power amplifier circuit. Finally, we successfully calculated the magnitude and direction of the spatial magnetic field by measuring its three-dimensional distributions, and eliminated Earth’s magnetic field at initialization measurement. In addition, users can measure and observe the magnetic field with LabVIEW interface which we designed.

關鍵字(中)

★ 平面式磁通閘感測器
★ 三維磁場
★ 地磁

關鍵字(英)

★ planar fluxgate magnetic sendor
★ Earth′s magnetic field
★ spatial magnetic field

論文目次

摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 IX
第一章緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機與目的 1
1-3 文獻回顧 2
1-3-1 磁通閘感測器之介紹 2
1-3-2 平行式磁通閘感測器之發展 4
1-4 本文架構 8
第二章基礎理論 9
2-1 安培定律 9
2-2 電磁感應 10
2-3 磁化曲線 11
2-3-1 磁化曲線 11
2-3-2 鐵磁性材料的磁化過程 12
2-3-3 磁滯現象 13
2-4 平面式磁通閘感測器運作原理 14
2-5 訊號濾波器 17
2-6 平均平方數 18
第三章實驗硬體架構 19
3-1 激發訊號系統 21
3-2 感測訊號系統 23
3-3 訊號輸出擷取與運算系統 24
3-4 待測磁場 24
第四章研究方法 26
4-1 濾波器之效果 26
4-1-1巴特沃斯低通濾波器 27
4-1-2巴特沃斯帶通濾波器 29
4-4 判斷方向之演算法 31
4-3 二維磁場旋轉量測 33
4-4 三維磁場分量量測 34
4-4-1 磁場分量實驗流程圖 34
4-4-2 三維向量之計算 36
4-5 LABVIEW磁場量測介面 37
4-5-1 LabVIEW軟體 37
4-5-2 三維磁場量測人機介面 38
第五章實驗結果與討論 41
5-1 感測器之性能 41
5-2 磁場方向之判斷 43
5-3 二維磁場旋轉量測結果 44
5-4 三維磁場分量量測結果與LABVIEW介面 46
第六章結論與未來展望 48
6-1 結論 48
6-2 未來展望 49
參考文獻 50

參考文獻

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[16] Joseph J. Carr and John M. Brown, Introduction to Biomedical Equipment Technology, Third Edition, Prentice Hall Career & Technology, 1997

指導教授

黃衍任(Yean-Ren Hwang)

審核日期

2018-6-15

推文