电磁信号巡线指示器的设计与制作(附件)【字数：7548】
指导教师 花怀海 摘 要电磁感应的发现是电磁学范畴最巨大的成就之一。它不仅揭示了电学与磁学的内在联系，而且为电学与磁学的转换奠定了基础实验，为人类创造了巨大的空间，为廉价电学开辟了一条具有现实意义的道路。电磁感应信号的发现是一场伟大的工业革命和技术革命的到来。电磁感应在电工、电子技术、电气化、自动化等领域有着广泛的应用。它对促进社会生产力的发展和科学技术的发展起着重要的作用。从第五届全国大学生智能车大赛开始，新增了“电磁组竞赛”。自那时以来，电磁信号检测已经应用于智能赛车。本设计采用工字电感器作为传感器，但其感应信号较弱,与杂波混合,必须进行信号处理，设计具有滤波和放大信号调理电路的功能。多个传感器用于接收来自多个位置的电磁信号。确定电磁信号线与传感器的相对位置，并给出与位置偏差相对应的模拟电压。
目 录
第一章 引言 1
1.1研究背景 1
1.2发展前景及应用 2
1.3整体方案设计 2
第二章 电路设计及调整 3
2.1设计原理 3
2.1.1导线周围的电磁场 4
2.1.2磁场检测方法 4
2.2传感器的选择 4
2.3信号处理 4
2.3.1信号选频 5
2.3.2信号放大 6
2.3.3信号检波 6
2.4电路调整 6
2.4.1集成运算放大器的选择 7
2.4.2实际过程中遇到的问题 7
第三章 信号检测 8
3.1幅度鉴别及方位判断 8
3.1.1两种方案比较 8
3.1.2结论 8
结束语 9
致谢 10
参考文献 11
附录A:原理图 13
附录B:部分代码 14 第一章 引言
1.1研究背景
1、磁场与检测
早在我国古代时期，人类对磁场就有了一定的了解和探测。很久以前，他们运用自然磁体来感应地球磁场的方向，随后指南针逐渐被发明出来。在二十世纪初期,许多精 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
确的磁场测量得到了迅速发展。
在电磁走漏信号的检测过程中，检测系统主要使用频谱仪或接收机，因为存在外界噪声和常用测试设施，如光谱仪，接收机，天线电路等，以及电磁信号测量日益复杂的电磁环境内在的影响，使得电磁信号的搜集，传送和处置解决在被噪声信号覆盖的过程中，也就是在有用信号混入噪声的进程中所需要必须处理的。 所以给电磁泄漏信号的检测和提取增加了难度，关于信号的判别和解决的复杂性，尤其是弱信号，招致测试结果呈现误差，因此，选择适宜的信号检测算法就显得十分重要。
2、电磁感应现象
电磁感应现象指的是将导体放在变化的磁场中，可以产生电动势。通常我们把它称之为感应电动势,或感应电动势。如果导体在回路中闭合,则产生的电动势会引起电子的流动,从而产生感应电流或感生电流。总之,电磁感应是指由于磁通量的变化而引起的感应的现象。由于导体周围不同位置的磁感应强度大小和方向不同,不同位置的感应电动势也不同，根据这个,可以得到电感的近似位置。
电磁感应的发现是电磁领域最重大的成就之一。 它不仅揭示了电和磁之间存在的内在联系，而且,对于电磁相互转化和人类获取电能做准备，也具有重要的现实意义。电磁感应现象的发现标志着一场重大的工业和技术革命的到来。
1.2发展前景及应用
近年来，测试和信号分析技术的应用得以迅速发展并且取得了一定的成果。在电磁信号检测技术中，电磁泄漏噪声环境的各种信号，信号的类型、样本数据量的差异越来越显著，开发出能够适应不同条件的检测算法。本文提出了一种用于检测、采样积分、窄带滤波、频谱分析、锁定和放大等的线性检测方法。这是一种常用的检测方法。
这些信号检测的原理实际上是利用信号和噪声之间统计特性的差异控制噪声，进而提取出有用的信号。但是，随着信号检测实际应用领域和研究对象的不断发展，我们了解到在复杂的电磁环境中使用线性检测的方法检测电磁信号具有一定的难度，并且对构建信号检测模型也造成了很大干扰。
为了解决以上问题，有人提出一些新的基于非线性检测方法的算法，这些算法的运用，使得信号的检测速度以及准确率都有了明显的提高。在检测有用信号时，传统的检测方法的原理是削弱背景噪声，而这些新算法的原理则是利用噪声的固有特性，在非平衡和非稳定的状态下进行信号的提取。研究表明，这些算法更灵活，更完善。目前来讲，由非线性信号检测方法演变而来的算法主要有高阶谱分析、神经网络、差分振子法、随机共振法等，在实际应用中，这些算法都取得了很好的效果。
近年来,电磁感应已经广泛应用于电工、电子技术、电气化、自动化等各个领域。这对促进社会生产力的发展和科学技术的发展起到了很大的推动作用。在能源、交通、气象、通信、天文、等领域，电磁辐射信号的检测在也受到了极大的关注。随着检测仪器性能的提升，检测技术也得到了发展。目前,它已发展成为信号处理、通信工程、计算机技术、数学建模、仿真分析等学科的结合。在电磁信号检测领域，由硬件设备衍生出的配套软件也逐渐增多，这就使得信号检测系统的功能愈发完善。通过软件硬件相互配合，逐步实现电磁检测的精确及智能化也将是一个很好的研究方向。从第五届全国大学生飞思卡尔比赛开始，新设置了电磁组比赛。从此，电磁信号检测应用于各类电子竞赛当中。
1.3整体方案设计
整体流程分为磁场感应、信号处理、幅值检测三部分，如图11所示。
磁场感应 信号处理 幅值检测
图11 整体流程图
使用10MH的工字电感作为传感器,线圈安装成功后,线圈的感应电动势的大小由磁通量的变化率决定。要求设计出合适的信号调理电路,对检测线圈的信号输出进行放大和检波,有效地放大了20kHz 的信号,并且消除了其他干扰信号的影响。最后,将其转换为单片机能够接收到的信号。课题要求利用多个传感器接收多个不同位置的20kHz电磁信号，检测多路信号幅度的大小并进行比较，判断出电磁信号线与传感器之间的相对方位，并给出与位置偏差对应的模拟电压。目前对于信号的放大处理拟采用集成运放。
目 录
第一章 引言 1
1.1研究背景 1
1.2发展前景及应用 2
1.3整体方案设计 2
第二章 电路设计及调整 3
2.1设计原理 3
2.1.1导线周围的电磁场 4
2.1.2磁场检测方法 4
2.2传感器的选择 4
2.3信号处理 4
2.3.1信号选频 5
2.3.2信号放大 6
2.3.3信号检波 6
2.4电路调整 6
2.4.1集成运算放大器的选择 7
2.4.2实际过程中遇到的问题 7
第三章 信号检测 8
3.1幅度鉴别及方位判断 8
3.1.1两种方案比较 8
3.1.2结论 8
结束语 9
致谢 10
参考文献 11
附录A:原理图 13
附录B:部分代码 14 第一章 引言
1.1研究背景
1、磁场与检测
早在我国古代时期，人类对磁场就有了一定的了解和探测。很久以前，他们运用自然磁体来感应地球磁场的方向，随后指南针逐渐被发明出来。在二十世纪初期,许多精 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
确的磁场测量得到了迅速发展。
在电磁走漏信号的检测过程中，检测系统主要使用频谱仪或接收机，因为存在外界噪声和常用测试设施，如光谱仪，接收机，天线电路等，以及电磁信号测量日益复杂的电磁环境内在的影响，使得电磁信号的搜集，传送和处置解决在被噪声信号覆盖的过程中，也就是在有用信号混入噪声的进程中所需要必须处理的。 所以给电磁泄漏信号的检测和提取增加了难度，关于信号的判别和解决的复杂性，尤其是弱信号，招致测试结果呈现误差，因此，选择适宜的信号检测算法就显得十分重要。
2、电磁感应现象
电磁感应现象指的是将导体放在变化的磁场中，可以产生电动势。通常我们把它称之为感应电动势,或感应电动势。如果导体在回路中闭合,则产生的电动势会引起电子的流动,从而产生感应电流或感生电流。总之,电磁感应是指由于磁通量的变化而引起的感应的现象。由于导体周围不同位置的磁感应强度大小和方向不同,不同位置的感应电动势也不同，根据这个,可以得到电感的近似位置。
电磁感应的发现是电磁领域最重大的成就之一。 它不仅揭示了电和磁之间存在的内在联系，而且,对于电磁相互转化和人类获取电能做准备，也具有重要的现实意义。电磁感应现象的发现标志着一场重大的工业和技术革命的到来。
1.2发展前景及应用
近年来，测试和信号分析技术的应用得以迅速发展并且取得了一定的成果。在电磁信号检测技术中，电磁泄漏噪声环境的各种信号，信号的类型、样本数据量的差异越来越显著，开发出能够适应不同条件的检测算法。本文提出了一种用于检测、采样积分、窄带滤波、频谱分析、锁定和放大等的线性检测方法。这是一种常用的检测方法。
这些信号检测的原理实际上是利用信号和噪声之间统计特性的差异控制噪声，进而提取出有用的信号。但是，随着信号检测实际应用领域和研究对象的不断发展，我们了解到在复杂的电磁环境中使用线性检测的方法检测电磁信号具有一定的难度，并且对构建信号检测模型也造成了很大干扰。
为了解决以上问题，有人提出一些新的基于非线性检测方法的算法，这些算法的运用，使得信号的检测速度以及准确率都有了明显的提高。在检测有用信号时，传统的检测方法的原理是削弱背景噪声，而这些新算法的原理则是利用噪声的固有特性，在非平衡和非稳定的状态下进行信号的提取。研究表明，这些算法更灵活，更完善。目前来讲，由非线性信号检测方法演变而来的算法主要有高阶谱分析、神经网络、差分振子法、随机共振法等，在实际应用中，这些算法都取得了很好的效果。
近年来,电磁感应已经广泛应用于电工、电子技术、电气化、自动化等各个领域。这对促进社会生产力的发展和科学技术的发展起到了很大的推动作用。在能源、交通、气象、通信、天文、等领域，电磁辐射信号的检测在也受到了极大的关注。随着检测仪器性能的提升，检测技术也得到了发展。目前,它已发展成为信号处理、通信工程、计算机技术、数学建模、仿真分析等学科的结合。在电磁信号检测领域，由硬件设备衍生出的配套软件也逐渐增多，这就使得信号检测系统的功能愈发完善。通过软件硬件相互配合，逐步实现电磁检测的精确及智能化也将是一个很好的研究方向。从第五届全国大学生飞思卡尔比赛开始，新设置了电磁组比赛。从此，电磁信号检测应用于各类电子竞赛当中。
1.3整体方案设计
整体流程分为磁场感应、信号处理、幅值检测三部分，如图11所示。
磁场感应 信号处理 幅值检测
图11 整体流程图
使用10MH的工字电感作为传感器,线圈安装成功后,线圈的感应电动势的大小由磁通量的变化率决定。要求设计出合适的信号调理电路,对检测线圈的信号输出进行放大和检波,有效地放大了20kHz 的信号,并且消除了其他干扰信号的影响。最后,将其转换为单片机能够接收到的信号。课题要求利用多个传感器接收多个不同位置的20kHz电磁信号，检测多路信号幅度的大小并进行比较，判断出电磁信号线与传感器之间的相对方位，并给出与位置偏差对应的模拟电压。目前对于信号的放大处理拟采用集成运放。
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