平面雙軸式磁通閘之製作與改良

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姓名

許皓雲(Hao-Yun Hsu) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

平面雙軸式磁通閘之製作與改良

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摘要(中)

磁力計為量測磁場並輸出與磁場大小成正比的電壓訊號的元件，隨著科技的日新月異，磁力計已大量地被運用在醫學、工業、行動裝置等領域，但本研究的主題 - 磁通閘因為一直有著體積過大的問題，以致於手機與行動裝置這個巨大的市場被霍爾式磁力計壟斷，因此本研究的主要目的即為縮小磁通閘的體積，並且進行增加靈敏度等各種優化與改良，以期能使磁通閘在各個領域上擁有更大的優勢。
本研究使用半導體製程成功製作出平面型雙軸式磁通閘，其體積為50 mm × 50 mm × 2 mm，並先量測其單軸感應電壓，接著串聯整合兩個磁通閘，成功使其靈敏度加倍。最後搭配縮小的鎖相放大電路板進行量測，此磁通閘最終雙軸皆會擁有至少275 V/T左右的靈敏度與0 ~ 70 μT的線性度。另外本研究還對一個簡易的鎖相放大電路進行正比輸出模擬、相位移模擬與雜訊濾波模擬，接著實測各種RC組合尋找最合適參數，成功將鎖相放大電路縮小至50 mm × 50 mm的電路板上。

摘要(英)

Nowadays, sensors are widely used in cars, medical equipment, and intelligent systems for various applications. For magnetic field detections, several types of magnetic field sensors are developed with different limitations. This research is aimed to develop magnetic flux gate with dynamic range of tens of μT.
Multisim is applied to simulate the performance of the lock-in amplifier circuit on the PCB. Different parameters of resistance and capacitance were adapted in order to find the best output from lock-in amplifier. In this research, the two-axis micro planar fluxgate magnetic sensor was made successfully in size 50 mm × 50 mm, and both axes at least have linear range 0 ~ 75 μT with sensitivity 275 V/T.

關鍵字(中)

★ 磁通閘
★ 感測器

關鍵字(英)

論文目次

摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 v
表目錄 viii
符號對照表 ix
第1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
1.4 本文架構 8
第2章基礎理論 9
2.1 法拉第電磁感應定律 9
2.2 平面雙軸式磁通閘運作架構及原理 10
2.3感應電壓輸出 13
第3章電路模擬 14
3.1 鎖相放大器簡介 14
3.2 鎖相放大訊號流程 15
3.3 解調器原理 15
3.4 正比輸出檢測 17
3.5 相位移檢測 22
3.6 雜訊濾波檢測 25
3.7 電阻電容的選擇與取捨 30
第4章元件製作 32
4.1 磁通閘製作 32
4.2 鎖相放大電路板成品實測 33
4.2.1正比輸出實測 34
4.2.2相位移實測 35
4.2.3雜訊濾波實測 36
第5章量測分析 37
5.1量測系統 37
5.1.1亥姆霍茲線圈 38
5.1.2量測系統的改良 40
5.1.3差動放大器的有無 40
5.2量測結果 40
5.2.1線性定義 40
5.2.2元件靈敏度的提升 41
5.2.3旋轉量測 47
5.2.4雙軸量測 48
5.2.4.1激發頻率對磁通閘的影響 48
5.2.4.2激發電流對磁通閘的影響 52
5.2.4.3雙軸旋轉量測 56
5.2.4.4交流磁場量測 57
第6章結論與未來展望 59
6.1 結論 59
6.2 未來展望 60
第7章參考文獻 61

參考文獻

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[16] A. Baschirotto, Enrico Dallago, Piero Malcovati, Marco Marchesi, Giuseppe Venchi, “A Fluxgate Magnetic Sensor: From PCB to Micro-Integrated Technology,” IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Volume 56, no. 1, pp. 25-31, 2007.
[17] http://www.phys.nthu.edu.tw/~gplab/file/18%20Helmholtz%20Coils/Magnetic%20fields%20of%20Helmholtz%20Coil.pdf
[18] http://www.ni.com/white-paper/227/zht/#toc6

指導教授

陳世叡

審核日期

2017-1-4

推文