طراحی و ساخت سیستم دیجیتالی اندازه‌گیری دقیق میدان مغناطیسی سه جهته با استفاده از نمونه‌بردار سرعت ‌بالای 24 بیتی با نمایش زمان واقعی

در این مقاله فرایند نمونه‌برداری دقیق و سرعت بالا، شبیه‌سازی و چالش‌های طراحی و ساخت سامانه اندازه‌گیری دقیق میدان مغناطیسی با استفاده از مجموعه‌ای از حسگرهای‌ مغناطیسی مورد بررسی قرار گرفته است. فرآیند طراحی و ساخت سامانه اندازه‌گیری مزبور شامل طراحی مفهومی، انتخاب حسگر حساس، ساخت سامانه نمونه‌برداری سرعت بالا منطبق بر حسگرهای مغناطیسی، کاهش سیگنال ناخواسته مغناطیسی و الکتریکی، انتقال داده پرحجم بدون از دست دادن داده به رایانه، برنامه‌سازی جهت دریافت داده‌های خام و محاسبات اولیه و برنامه‌نویسی گرافیکی جهت نمایش و مقایسه نمودارها می‌باشد. نتایج آزمایش‌های انجام‌شده برای حالت‌های مختلف میدان مغناطیسی با نتایج مقالات قبلی مقایسه شده است. در پیاده‌سازی سخت‌افزار سامانه اندازه‌گیری دقیق از قطعات الکترونیکی با میزان سیگنال ناخواسته پایین شامل تقویت‌کننده‌های عملیاتی با پهنای باند بالا و دریفت بسیار کم، رگولاتورهای با سیگنال ناخواسته بسیار کم ، مبدل­های آنالوگ به دیجیتال 24 بیتی با سرعت MS/s 5/2 FPGAهای مدل اسپارتان III و پردازنده مبتنی بر ARM Cortex M4 استفاده گردیده است. در نرم‌افزار این سامانه اندازه‌گیری از الگوریتم لونبرگ- مارکوارد و الگوریتم­های میانگین­گیری به‌منظور واسنجی و نمایش زمان-واقعی داده‌های دریافت شده از حسگرهای فلاکس گیت بهره گرفته ‌شده است. ویژگی خاص سامانه اندازه‌گیری طراحی‌شده در این مقاله، بومی‌سازی فناوری ساخت سامانه‌های دیجیتال ساز اندازه‌گیری دقیق میدان مغناطیسی است که در سامانه‌های تله‌متری و زیرسامانه‌های فضاپیماها کاربرد فراوانی دارند. همچنین از برتری این سامانه نسبت به نمونه­های مشابه خارجی، دقت بسیار بالا در دیجیتال‌سازی داده­های آنالوگ با دقت 24 بیت و خطای پایین این سامانه در حدود µV 5/182و انتقال و نمایش زمان-واقعی این داده­ها در رایانه است.

کلیدواژه ها:

اندازه‌گیری میدان مغناطیسی ، حسگر‌ فلاکس گیت ، نمونه‌برداری سرعت بالا ، جمع‌آوری داده