Измеритель напряжённости и градиента магнитного поля (стр. 1 из 7)

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования «Гомельский государственный дорожно-строительный колледж имени Ленинского комсомола Белоруссии»

Специальность: 2400202

Группа: ЭВС-42

Пояснительная записка к дипломному проекту

НА ТЕМУ: «Измеритель напряжённости и градиента магнитного поля»

Разработал учащийся: В.Т. Тихоненко

Руководитель дипломного проекта: Д.С. Минин

Руководитель цикловой комиссии: А.В. Кривицкий

Руководитель экономической части: Л.П.Дворак

Гомель 2010

Содержание

Введение

1 Расчетно-проектировочный раздел

1.1 Назначение и область применения

1.2 Разработка структурной схемы

1.3 Разработка принципиальной схемы

1.3.1 Расчет узлов и блоков

1.3.2 Выбор элементной базы1

1.3.3 Описание принципа действия

1.3.4 Расчет потребляемой мощности

1.4 Разработка блока (системы) электропитания

2 Конструкторско-технологический раздел

2.1 Выбор и обоснование способа изготовления печатной платы

2.2 Компоновка устройства

2.3 Поиск и устранение неисправностей

3 Экономический раздел

4 Энерго- и материалосбережение

5 Охрана труда

6 Охрана окружающей среды

Заключение

Литература

Введение

Написание дипломного проекта и последующая его защита является заключительной стадией обучения в средних специальных учебных заведениях. Дипломный проект является обобщающей проверкой всех знаний накопленных за время учебы в техникуме. Он охватывает такие предметы как: экономика, схемотехника ЭВМ, экология, энергосбережение и некоторые другие предметы, характерные для отделения «Электронные вычислительные средства». Темой дипломного проекта является разработка, какого либо электронного устройства, в данном случае – измерителя напряжённости и градиента магнитного поля. Для разработки устройства требуются знания теории, подкрепленной практическим опытом. Разработка устройства включает в себя:

1. Выбор и обоснование элементной базы.

2. Разработка структурной схемы.

3. Разработка принципиальной схемы.

4. Расчет узлов и блоков.

5. Выбор ИМС и радиоэлектронных элементов.

6. Расчет потребляемой мощности.

7. Расчет быстродействия.

Для практического исполнения устройства требуются практические навыки, полученные при прохождении практик:

1. Электромонтажная.

2. Электроизмерительная.

3. Производственно-технологическая.

4. Преддипломная.

Навыки, полученные при прохождении электромонтажной практики (пайка, нанесение печатного монтажа на платы, травление плат) нужны для изготовления печатной платы устройства и припаивания микросхем и радиоэлементов к печатному монтажу.

Навыки, полученные при прохождении электроизмерительной практики нужны для поиска и устранения неисправностей в готовом устройстве.

Навыки, полученные при прохождении производственно-технологической практики, требуются для изготовления и проверки на работоспособность устройства, но с использованием знаний опытных инженеров-электроников, что позволяет сократить затрачиваемое время на изготовление устройства и поиск неисправностей в нем.

Преддипломная практика требуется в основном для сбора и подготовки материалов к дипломному проекту.

После написания и защиты дипломного проекта молодые специалисты могут приступать к трудовой деятельности.

1. Расчетно-проектировочный раздел

1.1 Назначение проектируемого устройства и выбор области его применения

Разрабатываемый мною прибор предназначен для оперативного измерения и контроля величины напряжённости постоянного магнитного поля, а также градиента магнитной индукции, с помощью двух магниторезистивных датчиков типа HMC1022.

Возможные области применения прибора:

1.Прямые измерения напряжённости и градиента магнитной индукции слабых постоянных магнитных полей (сравнимых с магнитным полем Земли).

2.Работа в качестве металлоискателя или металлодетектора при поиске и обнаружении достаточно крупных ферромагнитных объектов (трубопроводов, техники, свалок, кладов, оружия и т. п.).

3.Построение маршрутов прокладки трасс подземных и подводных трубопроводных коммуникаций, приблизительная оценка их состояния.

4.Измерение полей рассеяния постоянных магнитов и магнитных систем при их конструировании, обслуживании и ремонте.

5.Оценка качества размагничивания стальных изделий.

6.Оценка магнитной обстановки.

7.Составление магнитных карт местности и магнитных образов объектов (магнитная паспортизация).

8.Построение различных измерительных установок и комплексов.

Прибор имеет автономное питание - аккумуляторную батарею, подзарядка которой может осуществляться сетевым зарядным устройством , и ручку для переноски. Штанга с датчиками может крепиться к корпусу прибора в четырех различных положениях.

1.2 Разработка структурной схемы проектируемого устройства

В данном разделе нужно представить структурную схему (Приложение 1) разрабатываемого устройства измерения градиента и напряжённости магнитного поля.

Структурной называется схема, которая определяет основные функциональные части изделия и связи между ними. Структурная схема лишь в общих чертах раскрывает назначение устройства и его функциональных частей. Она определяет основные функциональные части изделия, их назначение и взаимосвязи, и служит лишь для общего ознакомления с изделием.

Составные части проектируемого устройства изображаются упрощенно в виде прямоугольников произвольной формы, т. е. с применением условно-графических обозначений. Внутри каждого прямоугольника, функционального узла устройства, указаны наименования.

Устройство измерения напряжённости и градиента магнитного поля можно разбить на следующие функциональные узлы:

-блок питания- подаёт напряжение номиналом +5В, +12 В, +2.5 В;

-аккумуляторная батарея- источник питания +12.6 В 7 А-час;

-блок управления- генерирует сигналы сброса/установки;

-левый и правый датчик- магниторезистивные преобразователи;

-вычитатели- сравнивают данные левого и правого датчиков, на выходе образуется напряжение пропорциональное градиенту магнитного поля;

-вольтметр- измерят напряжение на выходах датчиков и вычитателей, пропорциональное напряжённости и градиенту магнитного поля;

1.3 Разработка и обоснование принципиальной схемы проектируемого устройства

1.3.1 Расчет узлов и блоков проектируемого устройства

Главным элементом схемы является магниторезистивный датчик HMC1022.

Магниторезистивные датчики отличаются высокой чувствительностью и позволяют измерять самые малые изменения магнитного поля. Они применяются в магнитометрии для решения различных задач: определения угла поворота, положения объекта относительно магнитного поля земли, измерения частоты вращения зубчатых колес и др.

Рис.1.3.1.1

Принцип работы магниторезистивных датчиков основан на изменении направления намагниченности внутренних доменов слоя пермаллоя (NiFe) под воздействием внешнего магнитного поля. В зависимости от угла между направлением тока и вектором намагниченности изменяется сопротивление пермаллоевой пленки. Под углом 90° оно минимально, угол 0° соответствует максимальному значению сопротивления.

Конструкция магниторезистивных датчиков Honeywell состоит из четырех пермаллоевых слоев, которые организованы в мостовую схему. Кроме того, на плату датчика добавлены две катушки: SET/RESET и OFFSET. Катушка SET/RESET создает легкую ось, которая необходима для поддержания высокой чувствительности датчика, катушка OFFSET предназначена для компенсации воздействия паразитных магнитных полей (созданных, например, каким-либо ферромагнитным объектом или металлическими предметами).

Датчики позволяют измерять самые слабые магнитные поля (от 30 мкГаусс) с последующим их преобразованием в выходное напряжение. В конструкции датчика могут быть объединены несколько мостовых схем, образуя, таким образом, двух- и трехосевые сенсоры.

К числу преимуществ магниторезистивных датчиков можно отнести:
• отсутствие зависимости от расстояния между магнитом и датчиком;
• широкий диапазон рабочих температур (от –55 до 150°С);
• датчики зависят только от направления поля, а не его интенсивности;
• долгий срок службы, независимость от магнитного дрейфа.

Для усиления выходного сигнала с датчиков производителем рекомендовано использовать аналоговые усилители на микросхемах AMP04 (DA1-DA4).

Для формирования сигналов служит генератор на микросхемах К561ЛЕ5.

Рекомендрванная схема включения датчика HMC1022 и аналогового усилителя AMP04 приведена на рисунке 1.3.1.2

рисунок1.3.1.2

Для установки нулевого сигнала в отсутствии магнитного поля на выходах DA1-DA4 используются цепочки R4R5R6, R7R8R9, R10R11R12,R13R14R15.

R4,R6,R7,R9,R10,R12,R13,R15= 100 кОм

R5,R8,R11,R14= 10 кОм

Коэффициент усиления DA1-DA4 усилителей (соответствующий коэффициент потребления 1В/Гс или 10мВ/Тл) задаётся с помощью резисторов R17,R20,R23,R26

R17,R20,R23,R26=470 Ом

Резисторы на выходах усилителей R29,R30,R31,R32 являются токоограничивающими

R29,R30,R31,R32= 100 Ом

Конденсаторы С19-С22 обеспечивают фильтрацию питания. Их величину выбираем из типовой схемы подключения DD3, DD4

Для формирования сигналов сброса-установки (S/R) служит генератор на микросхемах К561ЛЕ5, К561ИЕ16.

В состав генератора входит RS-тригегер.

RS-тригегеры в общем случае имеют три входа: S-для установки 1, R- для установки нуля и С для приёма тактируемых импульсов. Состояния RS-триггера, соответствующие различным сочетаниям сигналов на его входах R и S, приведены в таблице 1.