[發明專利]一種基于GMI巨磁阻抗效應的行進車輛近距離探測器

在審

• 申請號: 201810182788.0
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN108427144A
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 侯卓;鄧甲昊;陳慧敏;劉雨婷;孟青
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01V3/08
• 分類號: G01V3/08
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 毛燕

1.基于GMI巨磁阻抗效應的行進車輛近距離探測器，其特征在于：包括前端信號調理模塊、后端信號調理模塊、數據處理模塊、電源管理模塊；

前端信號調理模塊包括高頻脈沖激勵發生器、非晶絲敏感元件部分、信號采樣與保持電路、放大電路、低通濾波電路、反饋電路和電源管理模塊；當車輛鐵磁性運動目標近距離靠近探測器前端信號調理模塊時，根據GMI巨磁阻抗效應，在高頻脈沖激勵發生器的激勵下，非晶絲敏感元件兩端的阻抗值會隨著行進車輛鐵磁性運動目標靠近引起外部磁場的變化而改變，通過信號采樣與保持電路對非晶絲阻抗變化的信息采集，得到阻抗變化引起的端電壓變化值，端變化電壓經過放大電路比例放大后進入低通濾波電路，經過低通濾波的信號最終進入后端信號調理模塊；電源管理模塊為前端信號調理模塊提供配電轉換；

后端信號調理模塊包括可調增益儀表放大器、抗混疊低通濾波電路、運算放大器跟隨器以及電源管理模塊；前端信號調理模塊輸出為0-100mV級別的僅有微弱驅動能力的電壓信號，所述微弱電壓信號首先通過后端信號調理模塊的可調增益儀表放大器，放大后的電壓信號進入抗混疊低通濾波器，為了不至于對抗混疊低通濾波電路的濾波質量和參數構成影響，濾波后的信號再通過運算放大器跟隨器跟隨輸出至數據處理模塊，由于運算放大器跟隨器的輸入阻抗比較高，因此對前級抗混疊低通濾波電路的影響較小，而運算放大器跟隨器的輸出阻抗又相對較大，具有較大的能力驅動其后級數據處理模塊的其他負載，運算放大器跟隨器插在抗混疊低通濾波電路和后級數據處理模塊之間起到了隔離的作用；后端信號調理模塊中的電源管理模塊為前端信號調理模塊提供配電轉換；

數據處理模塊包括A/D模數轉換模塊、主控制單元、NANDFLASH存儲單元、USB接口以及電源管理模塊；完成車輛鐵磁性運動目標行進過程信號調理環節之后，數據處理模塊對調理后的模擬電壓信號進行處理；輸出模擬電壓信號首先輸出到數據處理模塊A/D模數轉換模塊，由主控制單元控制A/D模數轉換模塊對輸出模擬電壓信號進行模擬量到數字量的轉換；A/D模數轉換模塊轉換后的數字量信號進行分流，一方面，由主控制單元控制NANDFLASH存儲單元進行存儲，另一方面，當外圍設備上位機有讀數請求時，由主控制單元通過USB接口與外圍設備上位機進行數據傳輸；在數據處理模塊中，由于模擬運放的低噪聲與濾波器去噪效果有限，目標信號會存在一些高頻噪聲，因此由基于可編程邏輯器件FPGA設計的主控制單元搭建內部數字濾波器內核進行數字濾波；由于車輛鐵磁性運動目標高速行進過程引起的變化的電壓信號可能為高頻信號，采樣率配置為超采，單位時間產生的數據量巨大，而對于固定時間長度將產生海量數據需要進行實時處理，通過主控制單元應用交錯雙平面編程方法實現對NANDFLASH存儲單元數據的高速實時處理；數據處理模塊中的電源管理模塊用于為數據處理模塊提供配電轉換。

2.如權利要求1所述的基于GMI巨磁阻抗效應的行進車輛近距離探測器，其特征在于：數據處理模塊通過主控制單元應用交錯雙平面編程方法實現對NANDFLASH存儲單元數據的高速實時處理；

交錯雙平面編程建立在NANDflash存儲器的空間構成上以平面交錯方式在多個頁面上同時展開寫入和編程操作；采用K9WBG08U1M，容量4Gbytes，由兩片2Gbytes的存儲器構成，空間包含n個平面，頁容量4Kbytes，晶振頻率60MHz，1/2分頻，采用交錯雙平面編程方法的具體步驟是：

步驟1：利用雙平面編程技術對第1個2Gbytes存儲器第1個和第2個平面的第1頁4Kbytes分別進行命令及數據順序寫入；

步驟2：利用雙平面編程技術對第2個2Gbytes存儲器第1個和第2個平面的第1頁4Kbytes分別進行命令及數據寫入；

步驟3：步驟1和步驟2的兩片2Gbytes存儲器操作之間無等待時間；

步驟4：步驟2之后等待約50μs，重復步驟1至4；

步驟5：交錯雙平面編程結束；

上述步驟1至4在實際應用中表現為多次循環，步驟4中出現的50μs等待時間對應步驟2中第2個2Gbytes存儲器第2個平面的第1頁4Kbytes的頁編程時間；單次循環寫入4頁共16Kbytes數據量，但整體等待時間只有50μs；在60MHz的1/2分頻情況下，采用交錯雙平面編程的單次循環平均寫入速度達到27.437Mbytes/s，已經遠遠高出正常模式中13.5Mbytes/s的速度，能夠滿足實現對NANDFLASH存儲單元多通道數據的高速實時處理要求。

3.如權利要求1或2所述的基于GMI巨磁阻抗效應的行進車輛近距離探測器，其特征在于：為了增強探測器線性度，減小溫度漂移和弱磁敏感材料的磁滯效應對輸出信號零點的影響，前端信號調理模塊加入反饋電路進行溫漂和零點漂移的補償。