雙頻異向性磁敏電阻系統開發

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姓名

陳廷威(Ting-Wei Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

光機電工程研究所

論文名稱

雙頻異向性磁敏電阻系統開發

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摘要(中)

本研究以異相性磁敏電阻感測器為基礎，設計一個雙頻磁力感測平台，可量測低頻的直流磁場與60Hz交流磁場。本平台具有16位元的基本資料解析度以及5kHz 的取樣頻率，最高解析度可達2 nT ，足以研究直流環境磁場與交流環境磁場在被周邊環境物品殘磁與市電交流磁場影響。
透過實驗探討磁力計之背景雜訊，以設計FIR低通濾波器及關連函數演算法直流磁場與交流磁場，並以Helmholtz提供可控磁場用遞迴最小平方法，實現自動校正訊號放大倍率及訊號偏差。最後經實測經過校正後，本磁力計與實際磁場的標準差可達40 nTesla 以下。

摘要(英)

This study is based on the anisotropic magnetic resistance sensors. We have designed a sensor platform, which can measure DC magnetic and 60Hz AC magnetic. This platform has 16bit ADC with redefine resolution down to 2 nTesla and sampling rate up to 5kHz, which is enough to measure the DC magnetic effect by Residual magnetism and AC magnetic effect by electricity for life.
By experiment of measure background noise, we designed FIR filter to measure DC magnetic and using convolution to measure AC magnetic. Using Helmholtz Coil and recursive least square to correction gain and offset. Prove that the standard deviation from real magnetic is under 40 nTesla

關鍵字(中)

★ 磁力計

關鍵字(英)

論文目次

目錄
中文摘要 i
ABSTRACT ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 ix
一、緒論 1
1-1 研究動機與目的 1
1-2 文獻回顧 2
1-2-1 磁與磁敏電阻的發展史 2
1-2-2其他磁感測器技術及比較 2
1-2-3 實驗室過去相關研究成果 6
1-3 研究構想 7
1-4 論文章節 7
二、理論與技術背景 8
2-1 原理背景 8
2-1-1 磁阻 8
2-1-2 異向性磁阻 8
2-1-3 Set/Reset 磁疇重整 9
2-2 數學模型 10
2-2-1 感測器架構 10
2-2-2 訊號準位偏移誤差（Offset Error） 12
2-2-3 放大率誤差（Gain Error） 15
2-2-4 非線性誤差（Nonlinear Error） 17
2-2-5 本段小結 18
2-3 技術背景 19
2-3-1 異向性磁敏電阻取樣技術 19
2-3-2 亥姆霍茲線圈（Helmholtz Coil） 23
三、系統設計 25
3-1 主系統功能方塊 25
3-2 狀態機圖表 26
3-2-1 系統狀態機及命令處理狀態機圖 26
3-3 具體實現 28
3-3-1 電路設計 28
四、實驗數據分析 33
4-1 固定磁場下磁場感測值長時間受磁場的影響而變化效應 33
4-1-1 實驗目的 33
4-1-2 實驗設置 33
4-1-3 實驗步驟 34
4-1-4 實驗數據及分析 35
4-1-5 實驗結果與討論 44
4-2 室內磁場交直流成分分析 45
4-2-1 實驗目的 45
4-2-2 實驗設置 45
4-2-3 實驗步驟 45
4-2-4 實驗數據及分析 46
4-2-5 實驗結果與討論 49
4-3 感測曲線校正 49
4-3-1 實驗目的 49
4-3-2 實驗設置 49
4-3-3 實驗步驟 50
實驗數據及分析 50
4-3-5 實驗結果與討論 52
4-4 室內磁場交直流空間分佈分析 53
4-4-1 實驗目的 53
4-4-2 實驗設置 53
4-4-3 實驗步驟 54
4-4-4 實驗數據及分析 55
4-4-5 實驗結果與討論 57
五、結論與未來展望 58
參考文獻 59

參考文獻

參考文獻
[1]Brand, Mike; Sharon Neaves, Emily Smith.Lodestone. Museum of Electricity and Magnetism, Mag Lab U.US National High Magnetic Field Laboratory.1995
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Carl H. Smith and Robert Schneider, Nonvolatile Electronics,
Inc. "AMR Magnetic Field Sensors", Sensors magazine,
March 1999.
[21]microchip類比數位轉換器設計指南

指導教授

葉則亮(Tse-Liang Yeh)

審核日期

2019-7-16

推文