CN104076301B - 一种交直流混叠磁场的分离式监测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种交直流混叠磁场的分离式监测电路，包括供电电源(4)、霍尔探头(1)、仪用放大器(2)和交直流信号分离模块(3)；所述供电电源(4)、所述霍尔探头(1)、所述仪用放大器(2)、所述交直流信号分离模块(3)依次连接；本发明结构简单、成本低，可以对交直流混叠的磁场环境进行监测，同时得到直流磁场和交流磁场的分量值，从而完成对交直流混叠磁场的分离式监测。
Description
技术领域：
本发明涉及一种监测电路，具体讲涉及一种交直流混叠磁场的分离式监测电路。
背景技术：
现有的磁场测量仪同一时刻只能测量一种类型的磁场，即交流磁场或直流磁场。因此，测量前要用霍尔传感器或感应线圈将磁信号转换成电信号，再经过信号处理模块，最终形成对磁场量值如最大值、平均值、均方根值等的标定来确认被测磁场是直流还是交流性质的。
有些特殊场合，不知道被测的磁场是直流性质的还是交流性质的，有时甚至直流磁场与交流磁场混叠在一起。例如，在大功率整流器或开关电源内部，同时存在直流电流和交流电流。由于电流能够激发磁场，所以在它们周围必然同时存在直流磁场和交流磁场。
根据电磁感应现象，交流磁场能够产生感应电动势和感应电流，甚至产生对人体、设备以及电子通讯都会构成不利影响的电磁辐射，而直流磁场的存在，会导致变压器、电压互感器、电流互感器等靠铁芯工作的电工设备或测量仪器的铁芯发生偏磁，从而影响对电能的计量精度或对信号的正确传输。
由于交流磁场和直流磁场引起的其他效应和电磁危害不一样，需要一次能测出混叠磁场中的直流分量和交流分量，以便对其分别进行监测与分析，而不是对它们的合成磁场进行监测与分析。
发明内容：
为了克服现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种混叠磁场的交直流分离式监测电路。
本发明提供的技术方案是：一种交直流混叠磁场的分离式监测电路，包括供电电源(4)、霍尔探头(1)、仪用放大器(2)和交直流信号分离模块(3)；所述供电电源(4)、所述霍尔探头(1)、所述仪用放大器(2)、所述交直流信号分离模块(3)依次连接。
优选的，所述霍尔探头根据磁场的强度产生相应的电压，并将电压信号传输给仪用放大器。
优选的，大器包括运算放大器A1、A2、A3、A4，滑动变阻器R、R1；电阻R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9；
所述运算放大器A1的同相输入端与所述霍尔探头的输出端连接，反相输入端分别与所述电阻R2的一端和所述滑动变阻器R1的一端连接，输出端分别与所述电阻R2的另一端和所述电阻R3的一端连接；
所述运算放大器A2的同相输入端与所述霍尔探头的另一输出端连接，反相输入端分别与所述滑动变阻器R1的另一端、所述滑动变阻器R1的调节端和所述电阻R5的一端连接，输出端分别与所述电阻R5的另一端和所述电阻R6的一端连接；
所述运算放大器A3的同相输入端分别与所述电阻R6的另一端和所述电阻R7的一端连接，反相输入端分别与所述电阻R3的另一端和所述电阻R4的一端连接，输出端与所述电阻R4的另一端连接；
所述运算放大器A4的同相输入端分别与所述电阻R8的一端和所述电阻R9的一端连接，反相输入端分别与所述电阻R7的另一端和所述运算放大器A4的输出端连接；
所述电阻R8的另一端接地，所述电阻R9的另一端与所述滑动变阻器R的调节端连接，所述滑动变阻器R的另外两端分别接+5V和-5V的恒流电源。
进一步，所述仪用放大器将接收到的微弱电压信号进行放大，然后将放大的信号传递给交直流信号分离模块。
进一步，所述交直流信号分离模块包括直流信号分离电路和交流信号分离电路；
所述直流信号分离电路包括电阻R11、R12、R13、R14，电容C1和C2，运算放大器A5；
所述运算放大器A5的同相输入端分别与所述电容C2的一端和所述电阻R12的一端连接，反相输入端分别与所述电阻R13的一端和所述电阻R14的一端连接，输出端分别与所述电阻R14的另一端和所述电容C1的一端连接；
所述电容C1的另一端分别与所述电阻R11的一端和所述电阻R12的另一端连接；所述电容C2的另一端和所述电阻R13的另一端均接地；所述电阻R11的另一端与运算放大器A3的输出端连接。
进一步，所述运算放大器A5的输出端与直流磁场检测单元连接，所述直流信号分离电路滤除混合信号中的交流电压信号部分得到直流电压信号，并将此直流电压信号传输给直流磁场检测单元，所述直流磁场检测单元将接收到的直流电压信号转化为对应的直流磁场分量。
进一步，所述交流信号分离电路包括电阻R21、R22、R23、R24、R25，电容C3、C4，运算放大器A6；
所述运算放大器A6的同相输入端分别与所述电阻R23的一端和所述电容C4的一端连接，反相输入端分别与所述电阻R24的一端和所述电阻R25的一端连接，输出端分别与所述电阻R25的另一端和所述电阻R22的一端连接；
所述电阻R22的另一端分别与所述电容C3的一端、所述电容C4的另一端和所述电阻R21的一端连接；所述电阻C3的另一端、所述电阻R23的另一端和所述电阻R24的另一端均接地；所述电阻R21的另一端与运算放大器A3的输出端连接。
进一步，所述运算放大器A6的输出端与交流磁场检测单元连接，所述交流信号分离电路滤除混合信号中的直流电压信号部分得到交流电压信号，并将此交流电压信号传输给交流磁场检测单元，所述交流磁场检测单元将接收到的交流电压信号转化为对应的交流磁场分量。
本发明具有如下有益效果：
本发明结构简单、成本低，用同一种探头实现了对交直流混叠磁场的分离式监测，通过霍尔传感器将交直流混叠磁场信号转变为交直流混叠的电压信号，再通过本发明设置的交直流信号分离模块和微处理器，将混叠的电压，按照与磁场成比例的规律，分解成直流电压和交流电压，从而完成对交直流混叠磁场的分离式监测。
附图说明
图1是本发明的整体结构原理图；
图2是仪用放大器的电路原理图；
图3是直流信号分离电路的原理图；
图4是交流信号分离电路的原理图；
其中1-霍尔探头，2-仪用放大器，3-交直流信号分离模块。
具体实施方式：
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图对本发明的内容做进一步的说明：
本发明所采用的技术方案如图1所示：
包括供电电源(4)、霍尔探头(1)、仪用放大器(2)、交直流信号分离模块(3)；其中霍尔探头(1)与仪用放大器(2)的一端连接，仪用放大器(2)的另一端与交直流信号分离模块(3)连接，交直流信号分离模块(3)分别连接交流磁场检测单元和直流磁场检测单元；供电电源(4)为霍尔探头(1)、仪用放大器(2)、交直流信号分离模块(3)提供电源。
测量时，将霍尔探头(1)设置在需要对交直流混叠磁场进行监测的地方，根据霍尔效应，通上电的霍尔传感器会根据磁场的强度产生相应的电压，并将电压传输给仪用放大器(2)。
图1中的仪用放大器(2)的电路图如图2所示：仪用放大器(2)将接收到的微弱电压信号进行放大，得到放大后的电压信号并将此信号传输给交直流信号分离模块；
图1中的交直流分离模块(3)包括直流分离模块和交流分离模块；
其中直流分离模块的电路原理图如图3所示：直流信号分离电路滤除混合信号中的交流成分，得到直流信号，并将分离得到的直流信号分量送入微处理器，通过相应的数据处理得出相应的直流磁场分量值；
交流分离模块的电路原理图如图4所示：交流信号分离电路滤除混合信号中的直流成分，得到交流信号，并将分离得到的交流信号分量送入微处理器，通过相应的数据处理得出相应的交流磁场分量值；此外，本发明还设置有对得到的数据进行存储和通讯的装置。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (7)
1.一种交直流混叠磁场的分离式监测电路，包括供电电源(4)、霍尔探头(1)、仪用放大器(2)和交直流信号分离模块(3)；其特征在于：所述供电电源(4)、所述霍尔探头(1)、所述仪用放大器(2)、所述交直流信号分离模块(3)依次连接；
所述仪用放大器包括运算放大器A1、A2、A3、A4，滑动变阻器R、R1；电阻R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9；
所述运算放大器A1的同相输入端与所述霍尔探头的输出端连接，反相输入端分别与所述电阻R2的一端和所述滑动变阻器R1的一端连接，输出端分别与所述电阻R2的另一端和所述电阻R3的一端连接；
所述运算放大器A2的同相输入端与所述霍尔探头的另一输出端连接，反相输入端分别与所述滑动变阻器R1的另一端、所述滑动变阻器R1的调节端和所述电阻R5的一端连接，输出端分别与所述电阻R5的另一端和所述电阻R6的一端连接；
所述运算放大器A3的同相输入端分别与所述电阻R6的另一端和所述电阻R7的一端连接，反相输入端分别与所述电阻R3的另一端和所述电阻R4的一端连接，输出端与所述电阻R4的另一端连接；
所述运算放大器A4的同相输入端分别与所述电阻R8的一端和所述电阻R9的一端连接，反相输入端分别与所述电阻R7的另一端和所述运算放大器A4的输出端连接；
所述电阻R8的另一端接地，所述电阻R9的另一端与所述滑动变阻器R的调节端连接，所述滑动变阻器R的另外两端分别接+5V和-5V的恒流电源。
2.如权利要求1所述的一种交直流混叠磁场的分离式监测电路，其特征在于：
所述霍尔探头根据磁场的强度产生相应的电压，并将电压信号传输给仪用放大器。
3.如权利要求1所述的一种交直流混叠磁场的分离式监测电路，其特征在于：
所述仪用放大器将接收到的微弱电压信号进行放大，然后将放大的信号传递给交直流信号分离模块。
4.如权利要求3所述的一种交直流混叠磁场的分离式监测电路，其特征在于：
所述交直流信号分离模块包括直流信号分离电路和交流信号分离电路；
所述直流信号分离电路包括电阻R11、R12、R13、R14，电容C1和C2，运算放大器A5；
所述运算放大器A5的同相输入端分别与所述电容C2的一端和所述电阻R12的一端连接，反相输入端分别与所述电阻R13的一端和所述电阻R14的一端连接，输出端分别与所述电阻R14的另一端和所述电容C1的一端连接；
所述电容C1的另一端分别与所述电阻R11的一端和所述电阻R12的另一端连接；所述电容C2的另一端和所述电阻R13的另一端均接地；所述电阻R11的另一端与运算放大器A3的输出端连接。
5.如权利要求4所述的一种交直流混叠磁场的分离式监测电路，其特征在于：
所述运算放大器A5的输出端与直流磁场检测单元连接，所述直流信号分离电路滤除混合信号中的交流电压信号部分得到直流电压信号，并将此直流电压信号传输给直流磁场检测单元，所述直流磁场检测单元将接收到的直流电压信号转化为对应的直流磁场分量。
6.如权利要求4所述的一种交直流混叠磁场的分离式监测电路，其特征在于：
所述交流信号分离电路包括电阻R21、R22、R23、R24、R25，电容C3、C4，运算放大器A6；
所述运算放大器A6的同相输入端分别与所述电阻R23的一端和所述电容C4的一端连接，反相输入端分别与所述电阻R24的一端和所述电阻R25的一端连接，输出端分别与所述电阻R25的另一端和所述电阻R22的一端连接；
所述电阻R22的另一端分别与所述电容C3的一端、所述电容C4的另一端和所述电阻R21的一端连接；所述电阻C3的另一端、所述电阻R23的另一端和所述电阻R24的另一端均接地；所述电阻R21的另一端与运算放大器A3的输出端连接。
7.如权利要求6所述的一种交直流混叠磁场的分离式监测电路，其特征在于：
所述运算放大器A6的输出端与交流磁场检测单元连接，所述交流信号分离电路滤除混合信号中的直流电压信号部分得到交流电压信号，并将此交流电压信号传输给交流磁场检测单元，所述交流磁场检测单元将接收到的交流电压信号转化为对应的交流磁场分量。
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