CN103323681A - 三维交变电磁辐射检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维交变电磁辐射检测系统，由直流电源、三轴磁阻传感器、信号放大模块、信号滤波模块、数据采集卡、PC机组成。本发明针对性强，适用于中高频感应加热产生的电磁辐射的检测，检测系统经过反复的对比测试，检测系统运行稳定，数据准确，避免多个数据由于测量时间的不同产生的误差，可重复测量特性好，达到产品的检测精度要求，同时降低了购买进口检测设备的成本，能显示所测量的电磁频谱，并可导入或导出相关的测量数据进行二次分析；该检测系统既可以用于工业上的中高频感应加热的电磁辐射的检测与防护，也可以用于电磁炉等家用电器的电磁辐射的检测与防护。

Description

三维交变电磁辐射检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及电磁辐射检测与健康防护的技术领域，尤其涉及一种三维交变电磁辐射检测系统。

背景技术

中高频感应加热的原理是将工频交流电转变为中高频交流电，在感应线圈中产生高密度的磁力线并切割作为发热体金属材料，使金属材料产生涡流从而达到加热的目的。由于其具有节能减耗等优点，在工业加热工艺中展现了广阔的应用前景。但是由于其具有较大的电磁辐射，如果不进行必要的检测和防护，就可能对从业人员的身体健康造成危害。

现有的电磁辐射检测装置大多针对低频或者超高频如手机辐射的频段设计，专门针对中高频感应加热所产生的电磁辐射的检测尚属空白。从国外进口的频段较宽的电磁辐射检测仪价格昂贵）同时其采用的是扫频的方式进行检测，其使用需要对待测电磁辐射的频率范围进行预估及设定，若设定的频率范围不准确，则会出现测量误差；另外，其只能检测到基波峰值，而无法检测到其谐波的辐射信号，要检测谐波的辐射需要进行多次采样，根据欧盟最新颁布和执行的EN62233：2008《对人体暴露于家用及类似用途电器电磁场的测量方法》的规定，对于电磁辐射的检测需要检测出基波及其谐波的总辐射强度，而多次检测的谐波跟基波不属于同一时间点的辐射信号，这样的检测存在较大的误差。

现有的检测装置采用单片机作为数据处理的芯片，其计算速度慢，精度低，而且检测的传感器只能检测一个方向的信号，无法同时采集三个方向的电磁信号，受传感器摆放方向影响较大。

因此自主开发一个应用于中高频感应加热的电磁辐射检测系统，具有重要的现实意义和应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对工业上的中高频感应加热产生的电磁辐射危害，自主设计一个磁信号精度分辨率达到0.01μT、磁信号量程不小于±20μT、磁信号响应频率达到100KHz、可以精密检测电磁空间环境任一点的电磁辐射强度的检测系统，以为电磁辐射危害的防护提供低成本的检测工具，系统由直流电源、三轴磁阻传感器、信号放大模块、信号滤波模块、数据采集卡、PC机组成，所述数据采集卡具有16位精度、高带宽和四个同步采样的物理通道；所述信号滤波模块为由运算放大器组成的高通滤波器；所述PC机应用LabVIEW来开发系统软件，用于管理数据的采集、存储、处理、显示及进行系统标定。

进一步地，所述三轴磁阻传感器为HMC系列芯片，可以同时精密感应三维空间的三个正交轴的磁信号分量。

所述信号放大模块采用高精度的仪表放大器芯片搭建小信号放大电路,传感器输出双极性信号，信号经由放大电路差分放大后变换为单极性信号。

所述信号滤波模块采用FET输入运算放大器搭建小信号滤波电路，以提高检测系统对交流小信号检测的动态范围，单极性信号经由精密运算放大器及阻容网络电路组成的高通滤波，滤去低频部分杂波信号，截止频率为32HZ，再将信号送到数据采集卡进行数据转换。

进一步地，所述直流电源为18V，1A的精密稳压直流电源适配器。

进一步地，为了便于使用，本发明方案还包括警报装置，当待测点的电磁辐射超过警戒值时会进行警报。

更进一步地，所述警报装置为蜂鸣器或LED灯。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种三维交变电磁辐射检测方法，包括以下步骤：

（1）磁阻传感器将被测点的空间三向电磁辐射强度信号转变为对应的差动电压信号输出；

（2）上述三向差动电压输出信号分别送到信号放大模块，由高精度仪表放大器的差分输入端进行差分放大并输出单端信号；

（3）上述单端信号再经过由运算放大器组成的高通滤波器进行处理；

（4）将高通滤波器处理过后的数据送进数据采集卡，利用PC机和LabVIEW软件组成的虚拟仪器对数据进行采集；

（5）将采集到的三个方向的电磁场合成一个空间的电磁场，并求出磁场的最大值及相应的频率，并进行频谱分析，显示出相关的谱线。

其中，步骤（4）中的数据采集包括以下过程：

（a）同步采集X、Y、Z三轴磁通密度值的时域信号；

（b）将采集到的三个方向的时域信号分别进行傅里叶变换分别得到三个方向轴的磁通密度值的频域信号；

（c）将三轴的频域信号进行矢量合成并实时显示；

（d）分别求出矢量合成后采集点的基频磁通密度值及其谐波磁通密度值；

（e）将基频磁通密度值及其谐波磁通密度值进行矢量合成得到总磁通密度值并将基频磁通密度值及总磁通密度值及其对应频率显示出来。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明针对性强，适用于中高频感应加热产生的电磁辐射的检测，检测系统经过反复的对比测试，检测系统运行稳定，数据准确，避免多个数据由于测量时间的不同产生的误差，可重复测量特性好，达到产品的检测精度要求，同时降低了购买进口检测设备的成本，能显示所测量的电磁频谱，并可导入或导出相关的测量数据进行二次分析；该检测系统既可以用于工业上的中高频感应加热的电磁辐射的检测与防护，也可以用于电磁炉等家用电器的电磁辐射的检测与防护。

附图说明

图1是本发明三维交变电磁辐射检测系统连接框图；

图2是本发明数据采集及处理流程图；

图3是在检测中高频感应加热炉空载时的辐射测试曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明采用18W（18V，1A）精密稳压直流电源给HMC磁阻传感器、高精度仪表放大器芯片搭建的信号放大模块、运算放大器搭建的信号滤波模块供电，16位数据采集卡插在台式PC机的PCI插槽上，由PC机对其供电；HMC磁阻传感器上电后，会把被测点的X、Y、Z三向电磁辐射强度信号转变为对应的差动电压信号输出，X、Y、Z三向差动电压信号端分别送到高精度仪表放大器的差分输入端进行差分放大并输出单端信号，单端信号再经过运算放大器组成的高通滤波器进行处理，最后送数据采集卡进行数据采集处理。采用PC机和和LabVIEW组成的虚拟仪器，能有效地完成数据采集、处理及显示相关图像。通过软件的运算处理，把采集到的X、Y、Z三个方向的电磁场合成一个空间的电磁场，并求出磁场的最大值及相应的频率，同时利用LabVIEW强大的功能模块，可进行频谱等功能的分析，并显示出相关的谱线，可直观显示电磁场的频谱分布情况。

如图2所示是本发明数据采集及处理流程图，如图所示，本发明的检测步骤为磁阻传感器将被测点的空间三向电磁辐射强度信号转变为对应的差动电压信号输出；上述三向差动电压输出信号分别送到信号放大模块，由高精度仪表放大器的差分输入端进行差分放大并输出单端信号；上述单端信号再经过由运算放大器组成的高通滤波器进行处理。

将高通滤波器处理过后的数据送进数据采集卡，利用PC机和LabVIEW软件组成的虚拟仪器同步采集X、Y、Z三轴磁通密度值的时域信号，将采集到的三个方向的时域信号分别进行傅里叶变换分别得到三个方向轴的磁通密度值的频域信号。

由于对采集的信号进行傅里叶变换，可以将磁通密度的信号转换为频域信号，从而经过一次数据采集既可以得到基波数据及该基波的谐波数据，从而避免了检测基波数据之后再对谐波数据进行检测存在的时间上的误差。

再将三轴的频域信号进行矢量合成并实时显示，X、Y、Z三轴信号按照

的关系式进行矢量合成，并分别求出矢量合成后采集点的基频磁通密度值及其谐波磁通密度值，再将基频磁通密度值及其谐波磁通密度值进行矢量合成得到总磁通密度值并将基频磁通密度值及总磁通密度值及其对应频率显示出来。

将采集到的三个方向的电磁场合成一个空间的电磁场，并求出磁场的最大值及相应的频率，并进行频谱分析，显示出相关的谱线。

图3是在检测中高频感应加热炉空载时的辐射测试曲线图，图中横坐标的单位是厘米，表示测试探头与电磁辐射源的距离，纵坐标的单位是μT，表示测试点处的电磁辐射的大小，从图中的测试数据曲线可以看出，本发明可以准确地用于检测中高频电磁感应加热的电磁辐射。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种三维交变电磁辐射检测系统，其特征在于：由直流电源、三轴磁阻传感器、信号放大模块、信号滤波模块、数据采集卡、PC机组成，所述数据采集卡具有16位精度、高带宽和四个同步采样的物理通道；所述信号滤波模块为由运算放大器组成的高通滤波器；所述PC机应用LabVIEW来开发系统软件，用于管理数据的采集、存储、处理、显示及进行系统标定。

2.根据权利要求1所述的三维交变电磁辐射检测系统，其特征在于，所述三轴磁阻传感器为HMC系列芯片，可以同时精密感应三维空间的三个正交轴的磁信号分量。

3.根据权利要求1所述的三维交变电磁辐射检测系统，其特征在于，所述信号放大模块采用高精度的仪表放大器芯片搭建小信号放大电路。

4.根据权利要求1所述的三维交变电磁辐射检测系统，其特征在于，所述信号滤波模块采用FET输入运算放大器搭建小信号滤波电路，以提高检测系统对交流小信号检测的动态范围。

5.根据权利要求1所述的三维交变电磁辐射检测系统，其特征在于，所述直流电源为18V，1A的精密稳压直流电源适配器。

6.根据权利要求1所述的三维交变电磁辐射检测系统，其特征在于，还包括警报装置，当待测点的电磁辐射超过警戒值时会进行警报。

7.根据权利要求6所述的三维交变电磁辐射检测系统，其特征在于，所述警报装置为蜂鸣器或LED灯。

8.一种三维交变电磁辐射检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）磁阻传感器将被测点的空间三向电磁辐射强度信号转变为对应的差动电压信号输出；

（2）上述三向差动电压输出信号分别送到信号放大模块，由高精度仪表放大器的差分输入端进行差分放大并输出单端信号；

（3）上述单端信号再经过由运算放大器组成的高通滤波器进行处理；

（4）将高通滤波器处理过后的信号送进数据采集卡，利用PC机和LabVIEW软件组成的虚拟仪器对数据进行采集；

（5）将采集到的三个方向的电磁场合成一个空间的电磁场，并求出磁场的最大值及相应的频率，并进行频谱分析，显示出相关的谱线。

9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，步骤（4）中的数据采集包括以下过程：

（a）同步采集X、Y、Z三轴磁通密度值的时域信号；

（b）将采集到的三个方向的时域信号分别进行傅里叶变换分别得到三个方向轴的磁通密度值的频域信号；

（c）将三轴的频域信号进行矢量合成并实时显示；

（d）分别求出矢量合成后采集点的基频磁通密度值及其谐波磁通密度值；

（e）将基频磁通密度值及其谐波磁通密度值进行矢量合成得到总磁通密度值并将基频磁通密度值及总磁通密度值及其对应频率显示出来。

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