地磁感測儀研發

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姓名

劉立業(Li-Yet Liu) 查詢紙本館藏

畢業系所

光機電工程研究所

論文名稱

地磁感測儀研發
(Research and Development of Magnetometer)

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摘要(中)

本論文係實現以異向性磁敏電阻感測器（Anisotropic Magneto- Resistive Sensor）為基礎之三維度磁場感測系統，含括了三維度磁場量測數學模型的建立、感測器類比電路的設計、實現演算法之數位訊號處理平台設計、PC端人機介面軟體設計、測試平台機構的組裝，以及實際量測校正參數的結果與分析。
本文之重要突破技術為我們所設計之軟體演算法，係直接利用地球表面的磁場，即可校正地磁感測儀因AMR感測器本身特性不一致，以及元件焊接、組裝過程中所造成的非理想特性。
以軟體模擬分析本校正演算法的效能，當改變軸偏移量時量測得到的誤差落於0.05%FS以內；改變軸倍率時量測得到的誤差落於0.16%FS以內；當軸間相位差的誤差為零時，改變軸傾斜角時量測得到的誤差落於0.1%FS以內。以實際量得之數據代入演算法進行校正，並且使用校正出來的參數補償量測數據，則可發現軸偏移量與軸倍率明顯得到補正效果。

摘要(英)

We implement a three-dimensional geo-magnetic sensing system based on Anisotropic Magneto-Resistive sensors. In this article, we describe the construction of the mathematic model, frameworks of the sensing circuit and signal processing circuit, concept of the human-machine interface, assembly of rotating-test platform, simulation result and true data analysis.
We put more emphasis on the calibration algorithm of this system, which directly make use of the geo-magnetic field to calibrating our magnetometer. Therefore, we could compensate the un-ideal characteristics of the magnetometer.
In simulation, the change of a single axis offset results to an RMS error within 0.05FS%; the change of a single axis sensitivity results to an RMS error within 0.16FS%; the change of a single axis skew angle results to an RMS error within 0.1FS% when we let the axes phase error (the α angle) off. In experiment, we use the algorithm to calculate the compensation parameters from raw data and compensate the raw data by using these parameters, then we find that the offsets and sensitivities are well-compensated.

關鍵字(中)

★ 地球磁場
★ 磁力計
★ 地磁感測儀

關鍵字(英)

★ magnetometer
★ geo-magnetic field

論文目次

論文摘要 I
ABSTRACT II
致謝 III
目錄 IV
圖目 VI
第一章緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 背景 1
1.2.1 感測原理 2
1.2.2 應用範圍 3
1.2.3 其他相似技術及比較 4
1.3 報告架構說明 8
第二章磁場量測數學模型 10
2.1 數學分析模型(MATHEMATIC ANALYSIS MODEL) 10
2.2 電腦分析模型(NUMERICAL ANALYSIS MODEL) 11
2.2.1 磁場量值求取法 11
2.2.2 校正係數計算法推導 12
2.2.3 修正後校正係數計算法推導 14
2.2.4 分析軟體介紹 15
第三章地磁感測儀及其校正系統設計 18
3.1 系統功能簡介 18
3.2 系統幾何圖解 19
第四章機構硬體設計 21
第五章電路硬體設計 22
5.1 磁場感測電路 22
5.1.1 硬體功能規格 22
5.1.2 功能方塊圖解 22
5.2 數位訊號處理平台 23
5.2.1 硬體功能規格 23
第六章模擬數據與討論 25
6.1 軸偏移量軟體模擬誤差分析 27
6.2 軸倍率軟體模擬誤差分析 35
6.3 軸傾斜角軟體模擬誤差分析 43
第七章實驗數據與討論 58
7.1 實驗設置及步驟 58
7.2 結果討論 61
第八章結論 67
參考文獻 68

參考文獻

[1] A History of Vector Magnetometry in Space（太空中向量磁力量測史）網址：http://www-ssc.igpp.ucla.edu/personnel/russell/ESS265/History.html
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[13] Honeywell Corp. "Application Note AN212: HANDLING SENSOR BRIDGE OFFSET" , 900297 05-02 Rev-
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[26] 施宗男，學生衛星之姿態控制系統，未出版手稿，中央大學機械工程研究所，2002.
[27] 國立中興大學物理系超導∕磁性物理實驗室 http://140.120.11.107/equipment/3A04/mpms.htm
[28] 國立成功大學儀器設備中心 http://www.ncku.edu.tw/~facility/
[29] 國立清華大學電子顯微鏡中心網頁，網址：http://www.ess.nthu.edu.tw/htdocs/6.htm
[30] 盧甫旻，學生衛星工程體之姿態控制系統，未出版手稿，中央大學光機電工程研究所，2003.
[31] 薛丁格的貓（from 科幻科學報）網址：http://sci.nctu.edu.tw/paper/ssp/ssp221/

指導教授

江士標(Shyh-Biau Jiang)

審核日期

2006-7-11

推文