系统工作时，在激励信号的驱动下，磁通门探头的感应线圈感应环境磁场大小，产生磁通门信号，经隔直滤波后通过高速ADC芯片转换成串行数据送FPGA的处理。在FPGA中，ADC芯片采集到的串行数据先转换成并行数据，然后通过相敏整流、低通滤波后得到直流信号。低通滤波的结果积分放大后经D／A接口转换成串行数据送高速DAC芯片转换成模拟信号，经反馈电阻反馈到磁通门探头的补偿线圈(即感应线圈)，抵消环境磁场。
    由于采用闭环结构，前向通道上积分放大环节的增益可视作无穷大，根据自动控制原理，整个系统是无差系统，传感器探头实际上工作在“零场”条件下，反馈电流产生的磁场和环境磁场大小相的方向相反，D／A的前端信号，即积分放大环节的输出反映被测磁场的大小。整个系统的信号梯度主要取决于反馈系数的大小，具有良好的线性度。
2 磁通门信号的特点和处理方法
    磁通门系统的核心是信号处理电路。
    磁通门传感器探头输出的偶次谐波(以二次为主)是有用的磁通门信号，而其他频率的信号都是有害噪声。在实际应用中，通常采用“相敏整流-低通滤波”方法处理磁通门信号。首先用相敏整流进行频谱的调整，通过采用与二次谐波同频率的方波基准乘传感器探头的输出，将二次谐波磁通门信号转换为直流分量，然后用低通滤波滤除其他频率分量，得到反映被测磁场大小的直流量。
   
    低通滤波器输出是相敏整流结果的直流分量，与磁通门传感器探头输出的二次谐波的幅值线性相关，反映被测磁场大小。

    3 硬件电路设计
    在该设计中，FPGA芯片选用ALTEra公司CYCLONEⅡ系列的EP2C35F626C5，工作速度快，可定义引脚丰富，逻辑单元数量可观，性价比高。FPGA的工作时钟为50 MHz。
    磁通门激励起到驱动传感器工作的作用，由D／A模块转换FPGA输出的正弦数字信号产生；本设计中，激励频率为3．051 kHz，是FPGA工作时钟的64×256分频，速度相对较低，且精度要求不高，故DAC采用12位并口DA1210芯片。
    在闭环系统的前向通道中，A／D模块是偏差检测环节，对传感器探头输出进行采样。该设计中，二次谐波一个周期采样128个点，即ADC采样频率是探头输出二次谐波频率的128倍，也就是781．25 kHz。采用AD7980芯片作为A／D转换器，该芯片具有16位精度，转换速度高达1 MSPS，可以满足要求。
    在反馈回路中，D／A模块作为低频补偿环节，需要具有较高的精度，而转换速率可以较低；该设计采用DA8552芯片，具有16位精度和100 KSPS的转换速率。

    4 FPGA内部电路设计
    4．1 A／D接口和D／A接口
    由于前向通道的ADC芯片、反馈回路的DAC芯片都采用串口通信，因此设计了专用的A／D接口和D／A接口，实现了A／D输入和D／A输出的串并／并串转换。
    4．2 正弦激励发生
    正弦激励发生采用查表的方式实现。用12×256b的ROM存一幅12位正弦波表，以FPGA时钟频率的1／64，即781．25kHz扫描，产生3．051 kHz的12位数字正弦信号。

上一页  [1] [2] [3] [4]  下一页