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随着经济科技的发展,中频强磁场的应用越来越广泛,如医学应用、科学实验和抗干扰测量等,而测量中频强磁场仍是测量领域一个难题。目前国内磁场检测仪器集中在工业用的低频强磁场和通信用的高频弱磁场,对于高频率强磁场的测量研究,主要集中在瞬态磁场,也无法连续测量和显示空间点磁场。本课题来源于广东工业大学承担的2004年国家自然科学基金项目“交变磁场中金属粒子诱导肿瘤热疗新方法的研究”。肿瘤热疗中加热装置采用中频交变磁场,磁感应强度和频率是两个关键参数,本文利用肿瘤热疗设备的磁场特性,设计了一款基于嵌入式μC/OS-Ⅱ操作系统的中频强磁场的点测量装置。
本文根据当前交变磁场的测量需求,综述了当前国内外的磁场测量现状,并分析了中频强磁场测量系统的研究意义。通过分析磁场测量方法和电磁场的基本理论,结合中频强磁场和近场测量的特点,首先进行了中频强磁场传感器的设计。中频强磁场传感器作为获取磁场信息的设备,其设计是整个磁场测量系统的关键。本文设计、开发了线圈式磁场传感器,传感器的设计主要包括对线圈探头的尺寸设计、线圈材料以及骨架的选取。通过对线圈探头的等效电路和工作状态分析,得出线圈探头的频率特性,同时对探头进行了灵敏度、迟滞性、重复性等静态特性的实验,对实验结果进行误差分析,结果表明,所设计的探头达到要求。测量装置以嵌入式微控制器LM3S1138为核心,详细说明了主控电路及信号放大、电压和频率检测、USB通讯电路、电源检测电路、人机交互模块等各个功能模块的设计,通过对测量装置的实验调试,验证了测量装置运行的稳定性和精确度;软件方面采用嵌入式μC/OS-Ⅱ操作系统为核心的软件设计方案,给出了μC/OS-Ⅱ操作系统在硬件平台上的移植方法和步骤。同时对磁场的测量数据通过USB上传给PC机,通过数据显示分析软件实现磁场的单点、平面、和立体显示。最后对整个测量装置的抗干扰措施进行介绍,提高了系统的稳定性和可靠性。