具次奈Tesla解析度之動態變動磁場模擬艙建構與校正

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姓名

彭元隆(Yuan-Lung Peng) 查詢紙本館藏

畢業系所

光機電工程研究所

論文名稱

具次奈Tesla解析度之動態變動磁場模擬艙建構與校正
(Development and Calibration of A Helmholtz Chamber for Dynamic Magnetic Field Simulation with Sub-Nano Tesla Resolution)

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摘要(中)

本研究開發設計一個低成本，可程式，高解析，具有高便利性的個人電腦人機介面。磁力校正艙提供閉迴路/開迴路、固定磁場或模擬飛試動態變化之磁場以供磁力計校正使用。本論文提供此一磁力校正艙的機構設計，電路設計，以及軟體設計。同時也提供實測靜態及動態測試數據、實際驗證。本磁力艙解析度可達到0.19nT、動態範圍涵蓋±100000nT、線性度偏差0.005%、磁場設定的變化率可達100Hz、磁場設定調整之後所需的穩定時間為1m sec。

摘要(英)

This research developed a magnetic calibration chamber which is low-cost, high-resolution, easy to use, and with PC-Based Human-machine interface(HMI). Magnetic calibration chamber provides closed loop / open loop, fixed magnetic field or in-flight scenario simulation of the magnetic field for magnetometer calibration. This thesis provides such a magnetic calibration chamber mechanical design, circuit design and software design. It also provides experimental static and dynamic test data and actual verification. The performance of the system is resolution of 0.19nT、dynamic range of ±100000nT with linearity deviation of 0.005%、the maximum update rate of the magnetic field setting 100Hz of magnetic field change、 the settling time 1m sec of magnetic field setting change.

關鍵字(中)

★ 模擬飛試動態變化之磁場
★ Helmholtz
★ 磁力校正艙

關鍵字(英)

★ Helmholtz
★ magnetic calibration chamber
★ in-flight scenario simulation of the magnetic fi

論文目次

論文摘要 i
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 viii
縮寫及符號說明 ix
第一章緒論 1
1.1 研究目的與動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究構想 3
1.4 論文章節 4
第二章理論及技術基礎 5
2.1 Helmholtz coil之磁場均勻度數學模型推導 5
2.2 基本電路原理 10
2.2.1 電晶體 10
2.2.2 運算放大器 11
第三章系統設計 13
3.1 系統配置圖 13
3.2 系統方塊 14
3.2.1 整體系統方塊 14
3.2.2 韌體系統方塊 15
3.3 系統狀態機 16
3.4 線圈架機構硬體設計 17
3.5 人機介面 18
3.6 參考標準磁力計 21
3.7 電路硬體設計 22
3.7.1 AVR微控制器 23
3.7.2 DAC:20位元數位類比轉換器 24
3.7.3 ADC:24位元類比數位轉換器 25
3.7.4 Coil 線圈 26
3.7.5 參考磁力計 26
3.7.6 電壓轉電流 26
3.8 韌體流程圖 30
3.8.1 固定磁場輸出模式 30
3.8.2 動態變動磁場輸出模式 31
3.9 PI control軟體演算法 32
第四章數據分析與討論 34
4.1 磁場背景雜訊 34
4.2 電流背景雜訊 36
4.3 建立系統轉換矩陣與位移矩陣 39
4.4 磁場開迴路精度量測 43
4.5 磁場回饋控制精度量測 45
4.6 頻率響應 47
4.7 步階響應 50
4.8 硬體模擬迴路 53
4.9 磁力計效能之測試 56
第五章結論 65
References 66

參考文獻

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http://baike.soso.com/v2799462.htm#3
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http://en.wikipedia.org/wiki/Biot%E2%80%93Savart_law
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指導教授

葉則亮、江士標
(Tse-Liang Yeh、Shyh-Biah Jiang)

審核日期

2011-6-30

推文