基于FPGA的数字磁通门传感器系统设计和实现[图]

针对传统磁通门信号处理电路中模拟元件的缺点，设计一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的数字磁通门系统。整个系统采用闭环结构，由激励产生模块、信号处理拱块和负反馈模块组成。外围模拟电路用高速D/A、A/D芯片取代，有利于系统温度稳定性的提到。FPGA内的数字逻辑实现了磁通门信号解算、激励正弦信号发生、D/A、A/D输入/输出串并转换的功能，首先用硬件描述语言(HDL)设计并仿真，然后下载、配置到FPGA中，调试完成后进行实验，通过实时处理双铁芯磁通门传感器探头输出信号对系统进行测试。实验结果证实了系统功能的正确性。闭环结构的采用提高了系统信号梯度线性度，与模拟系统相比，基于数字逻辑的设计温度性能更稳定，更易于小型化，可移植性更强。 《基于FPGA的数字磁通门传感器系统设计与实现》 磁通门传感器，作为一种高灵敏度和可靠性的弱磁检测设备，自1935年问世以来，已在多个领域广泛应用，包括航空、航天、地质勘探和医疗卫生等。它利用双铁芯结构，通过改变磁导率将被测磁场调制成激励信号的偶次谐波，然后通过信号处理系统提取相关信息，转换为直流信号输出。 传统的磁通门信号处理电路依赖于模拟元件，这导致其温度稳定性较差，难以小型化，且移植性低。为解决这些问题，本文提出了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的数字磁通门系统。FPGA因其灵活的可编程性，成为实现高效、稳定和可移植的磁通门系统的关键。 该系统采用闭环结构，由激励产生模块、信号处理模块和负反馈模块组成。激励产生模块由FPGA内的数字逻辑生成正弦激励信号，通过高速D/A转换器输出。信号处理模块则由高速A/D转换器采集磁通门传感器探头的输出信号，经过相敏整流和低通滤波，提取出直流信号。负反馈模块则通过积分放大、D/A转换器及反馈网络，实现对探头补偿线圈的反馈，以实现磁场的精确测量。 FPGA在此系统中的作用至关重要，它不仅能够实现信号处理的各种逻辑功能，还能够通过硬件描述语言（HDL）进行设计和仿真，然后下载配置到FPGA中，进行实时处理。在实验验证中，该系统成功处理了双铁芯磁通门传感器探头的输出信号，实验结果表明系统功能正确，具有较高的信号梯度线性度。 相比于模拟系统，基于FPGA的数字设计显著提高了温度稳定性，并降低了对外部环境的敏感性，使得系统更易小型化，移植性更强。这一创新设计对于提升磁通门传感器的性能和应用范围具有重要意义，特别是在需要稳定性和便携性的场合，例如在极端环境条件下的磁场测量。 基于FPGA的数字磁通门系统设计和实现，通过集成化的数字逻辑处理，克服了传统模拟电路的局限性，实现了更精确、稳定的磁场测量，为磁通门技术在现代科技领域的应用开辟了新的可能。