CN106341163B - 一种近距离磁耦合无线数字信号传输系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种近距离磁耦合无线数字信号传输系统及方法，内圈线圈胶接至软磁体的磁环上，外圈线圈胶接至塑料环上，内圈线圈在磁环的带动下跟随与磁环固连的转轴转动，内外圈线圈不接触。电路板上放置有编码器、驱动器、接收器和解码器。编码器生成的信号通过驱动器送至相连的初级线圈，使得施加在初级线圈上的交变信号产生变化磁场，在次级线圈上耦合出与之相关的信号，经接收将信号从波形恢复成数字信号后送至解码器解码。初级线圈可以是内外圈线圈中的任意一个，次级线圈为另外一个。本发明利用线圈近场磁耦合进行高速相对旋转部件之间数字信号的传输，结构简单、可靠性高。

Description

一种近距离磁耦合无线数字信号传输系统及方法
技术领域
本发明属于近场无线通信技术领域，具体涉及一种近距离磁耦合无线数字信号传输系统及方法。
背景技术
在医疗设备、工业控制、高精度数据采集等系统中，如何实现旋转部件与静止部件之间数字信号简单、可靠地传输是一个难题。
针对旋转机构之间的数字信号传输，现有的技术主要有：无线电传输方式、电刷方式和光电耦合方式传输方式。
无线电传输方式理论上比较简单，但是实现方式较为复杂。这种传输方式需要高频载波，需要调制解调装置，外部电路复杂，而且电磁兼容性差，无线电传输过程中易受干扰。
电刷方式只适用于转速低、信号电压高的旋转系统。
光电耦合传输方式需要发送装置和接收装置，而且需要密封，结构体积较大，高速旋转时结构可靠性较差。
数字信号的隔离传输电路中常用的隔离方式有光电耦合隔离和磁耦合隔离。磁耦合较光电耦合结构简单、体积较小。迄今为止，尚未见到利用磁耦合实现相对旋转机构之间数字信号传输的技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种近距离磁耦合无线数字信号传输系统及方法，能够简单、可靠地实现高速旋转部件与静止部件之间数字信号传输。
为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供一种近距离磁耦合无线数字信号传输系统，其中包含：
磁环，其与旋转部件的转轴连接；
内圈线圈，其绕在所述磁环上，并由该磁环带动随转轴旋转；
塑料环，其设置于静止部件处，该塑料环套在所述磁环外；
外圈线圈，其绕在所述塑料环上，与所述内圈线圈相互不接触，通过磁场耦合与内圈线圈交互信号。
初级线圈，为内、外圈线圈中的任意一个，信号发送端；
次级线圈，为内、外圈线圈中的另外一个，信号接收端。
优选地，所述近距离磁耦合无线数字信号传输系统进一步包含：
编码器，将待传输的信息生成二进制数据；
驱动器，生成与二进制数据相应的波形并发送至初级线圈；
接收器，将次级线圈输出信号的电压波形恢复为数字信号；
解码器，对数字信号进行解码。
优选地，所述编码器及驱动器设置于第一电路板，该驱动器通过导线连接初级线圈；所述接收器及解码器设置于第二电路板，该接收器通过导线连接次级线圈。
优选地，所述磁环是软磁体。
优选地，所述内圈线圈与磁环胶接；所述外圈线圈与塑料环胶接。
优选地，信号传输的频段为30MHz-500MHz。
本发明的另一个技术方案是提供一种近距离磁耦合无线数字信号传输方法，编码器将待传输的信息生成二进制数据，经驱动器将相应波形输送至初级线圈；通过磁场耦合将信号传输至次级线圈；所述次级线圈接收到的信号，经接收器从波形恢复到数字信号后传输至解码器进行解码。
优选地，所述内圈线圈绕在软磁体的磁环上，该磁环与旋转部件的转轴连接并带动内圈线圈随转轴旋转；所述外圈线圈绕在设于静止部件的塑料环上，该塑料环套在所述磁环外，并使所述外圈线圈与内圈线圈相互不接触。
优选地，信号传输的频段为30MHz-500MHz。
本发明所述近距离磁耦合无线数字信号传输系统及方法，采用磁耦合进行高速相对旋转数字信号的传输，与现有技术相比，其优点和有益效果是：
1）结构简单。与天线、光纤等传输方式相比，磁耦合传输结构简单，所需的外围电路简单，线圈和外围电路都可以集成在电路板上，体积小，成本低；
2）可靠性高。相比天线传输方式，磁耦合传输电磁兼容性好，不易受到干扰；相比光纤传输方式，高速旋转易导致光纤结构断路，而磁耦合结构受高速旋转影响很小，可靠性高。
附图说明
以下将结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述：
图1是本发明的原理示意图。
图2是本发明中内外线圈的相对位置示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明所述近距离磁耦合无线数字信号传输系统，包括内圈线圈2、磁环3、转轴、外圈线圈5和塑料环6。其中，磁环3为软磁体，内圈线圈2绕于磁环3上且两者胶接；磁环3套装在一旋转部件的转轴上，由磁环3带动内圈线圈2跟随转轴转动；塑料环6位于一静止部件处，外圈线圈5绕于该塑料环6上且两者胶接，塑料环6套在磁环3外，并使内圈线圈2与外圈线圈5相互不接触。
按照信号传输方向，定义初级线圈为信号发送线圈，定义次级线圈为信号接收线圈，所述初级线圈可以为内圈线圈2和外圈线圈5中的任意一个，次级线圈为另外一个。
第一电路板1上分别焊装有编码器11和与之信号连接的驱动器12，该驱动器12通过导线与初级线圈连接；第二电路板7上分别焊装有接收器71和与之信号连接的解码器72，次级线圈通过导线与接收器71连接。
本发明的近距离磁耦合无线数字信号传输方法，包含以下过程：
1）编码器11生成需要传输的二进制数据，经由驱动器12将相应的波形发送至初级线圈；
2）交变电流使初级线圈周围产生变化的磁场；
3）通过初级线圈和次级线圈之间耦合磁场的震荡，建立数据链路，进行数据传输，使次级线圈产生与初级线圈激励信号相关的输出信号；
4）次级线圈上感应产生的电压，经接收器71恢复波形将数字信号输送至解码器72进行解码。
在一个具体的示例中，内圈线圈2的线直径为0.12mm，圈数为5；磁环3采用高频软磁铁氧体材料，外圆直径5mm，通信频率可达700MHz；外圈线圈5的线直径为0.12mm，圈数为5；塑料环6材料为聚四氟乙烯树脂，内圆直径7mm；驱动器12、接收器71均为TI公司的SN65LVDS100型。经测试，该示例的系统，其通过频段为30MHz-500MHz，利用磁耦合，实现了近距离高速相对旋转系统之间数字信号的简单、可靠传输。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种近距离磁耦合无线数字信号传输系统，其特征在于，包含：
磁环，其与旋转部件的转轴连接；
内圈线圈，其绕在所述磁环上，并由该磁环带动随转轴旋转；
塑料环，其设置于静止部件处，该塑料环套在所述磁环外；
外圈线圈，其绕在所述塑料环上，与所述内圈线圈相互不接触，通过磁场耦合与内圈线圈交互信号；信号传输的频段为30MHz-500MHz；内圈线圈、外圈线圈各自的线直径为0.12mm，圈数为5；磁环的外圆直径5mm；塑料环的内圆直径7mm。
2.如权利要求1所述近距离磁耦合无线数字信号传输系统，其特征在于，
按照信号传输方向，定义初级线圈为信号发送线圈，定义次级线圈为信号接收线圈；
所述初级线圈为内圈线圈与外圈线圈之中的任意一个，所述次级线圈为另外一个；所述初级线圈的信号通过交变磁场耦合传输至次级线圈。
3.如权利要求2所述近距离磁耦合无线数字信号传输系统，其特征在于，
所述近距离磁耦合无线数字信号传输系统进一步包含：
编码器，将待传输的信息生成二进制数据；
驱动器，生成与二进制数据相应的波形并发送至初级线圈；
接收器，将次级线圈输出信号的电压波形恢复为数字信号；
解码器，对数字信号进行解码。
4.如权利要求3所述近距离磁耦合无线数字信号传输系统，其特征在于，
所述编码器及驱动器设置于第一电路板，该驱动器通过导线连接初级线圈；所述接收器及解码器设置于第二电路板，该接收器通过导线连接次级线圈。
5.如权利要求1所述近距离磁耦合无线数字信号传输系统，其特征在于，
所述磁环是软磁体。
6.如权利要求1所述近距离磁耦合无线数字信号传输系统，其特征在于，
所述内圈线圈与磁环胶接；所述外圈线圈与塑料环胶接。
7.一种近距离磁耦合无线数字信号传输方法，其特征在于，
编码器将待传输的信息生成二进制数据，经驱动器将相应波形输送至初级线圈；次级线圈通过磁场耦合接收初级线圈输送的信号；
内圈线圈绕在软磁体的磁环上，该磁环与旋转部件的转轴连接并带动内圈线圈随转轴旋转；外圈线圈绕在设于静止部件的塑料环上，该塑料环套在所述磁环外，并使所述外圈线圈与内圈线圈相互不接触，通过交变磁场耦合传输信号；
信号传输的频段为30MHz-500MHz；内圈线圈、外圈线圈各自的线直径为0.12mm，圈数为5；磁环的外圆直径5mm；塑料环的内圆直径7mm。
8.如权利要求7所述近距离磁耦合无线数字信号传输方法，其特征在于，
所述初级线圈为内圈线圈与外圈线圈之中的任意一个，所述次级线圈为另外一个。
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