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数字化电磁感应测量系统设计

徐真真  
【摘要】: 钢铁工业在我国基础工业中占据了举足轻重的作用,钢铁的质量直接影响着我国的经济发展。在钢条的生产过程中,温度分布和冷却速率对于钢铁的微观结构有着非常重要的影响,从而影响到屈服强度、抗拉强度以及可延展性等材料特性。随着人们对于钢铁产品和生产线等的要求日益提高,对能够在线监测钢铁微观结构的仪器提出了迫切的需求。基于电磁感应原理的测量技术可同时获得物场空间的导电率和导磁率,且具有非接触的特点,为这一需求提供了技术手段。 为了实现对钢板质量的在线监测,本文利用电磁感应原理,设计了一种用于监测钢板质量的数字化电磁测量系统,主要工作和结果如下: 1、在电磁感应检测中,激励场会在检测线圈中感应产生信号,称之为主信号,当有导体材料(如钢铁)介入时,激励场会在导体材料中感应产生涡流,而此涡流又会在检测线圈中感应产生信号,称之为从信号,而我们需要了解的是由于物场变化产生的从信号的变化情况,这样主信号的存在会给测量带来很大干扰,针对这一问题,设计硬件测量电路,确定电路的整体结构并采用模块化思想进行硬件系统设计; 2、设计基于Xilinx Spartan-3型FPGA(现场可编程逻辑门阵列)芯片的最小目标板系统,并已经调试成功,工作稳定; 3、设计了基于FPGA的高速数据采集单元及激励信号发生单元。由FPGA构建片内DDS模块,与外部D/A配合,产生激励信号;FPGA硬线逻辑控制A/D采集,通过实验测试,两部分均达到了设计要求。 4、设计了基于FPGA的数字解调器,采用激励信号发生单元中的激励序列与A/D采集值序列进行数字解调,充分利用了FPGA内部的硬件乘法器与累加器,具有结构灵活、可扩展、测量精度和速度高等特点,实验验证了其功能的正确性。


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