CN106487237A - 信号发射装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种信号发射装置，属于信号发射技术领域。信号发射装置包括信号发生模块和交流恒流源模块，信号发生模块用于生成参考电流信号，将交流恒流源模块反馈的第一交流电压信号转换成交流电流信号，根据参考电流信号对交流电流信号进行处理，得到第一交流电流信号，将第一交流电流信号传输至交流恒流源模块；交流恒流源模块用于对第一交流电流信号进行放大得到第二交流电流信号，将第二交流电流信号转换成第一交流电压信号，将第一交流电压信号反馈至信号发生模块；交流恒流源模块用于输出第二交流电流信号。本发明解决了现有的信号发射装置输出的电流信号的波动较大以及电流信号较小的问题，达到了稳定信号和增大输出信号的效果。

Description

信号发射装置

技术领域

本发明涉及信号发射技术领域，特别涉及一种信号发射装置。

背景技术

交流信号广泛应用于测量、通信等领域，越来越多的电子设备需要交流信号发射装置作为激励源工作，因此，可以采用交流信号发射装置作为激励源来检测油气管道防腐层的质量。

相关技术中，主要采用电磁法检测管道防腐层的质量，该方法在检测防腐层的质量时，涉及到的装置主要包括交流信号发射装置和信号接收装置。在具体检测时，将交流信号发射装置与管道测试桩连接并将交流信号发射装置接地，管道测试与管道连接，将信号接收装置放置在管道正上方的地面上，采用交流信号发射装置向管道测试桩施加特定频率、特定幅值的交流电流信号，在检测的过程中，若管道的防腐层出现破损，则该交流电流信号依次通过管道测试桩、管道、管道的防腐层上的破损部位、并穿过管道的防腐层上的破损部位到达大地，进而传输至交流信号发射装置，该交流电流信号在传输的过程中会产生磁场信号，信号接收装置可以接收该磁场信号，且由于管道、大地等的电阻不同，该交流电流信号在传输的过程中会发生变化，该交流电流信号产生的磁场信号也会发生变化，因此，可以根据该磁场信号的变化情况，确定产生该磁场信号的交流电流信号的变化情况，进而根据该交流电流信号的变化情况判断防腐层是否出现破损。相关技术中，主要采取开关方案或线性方案设计制造交流信号发射装置，其中，开关方案设计制造的交流信号发射装置中包括晶体管、场效应管、晶闸管等调整管，通过控制该调整管的导通时间和关断时间之间的比值，使得交流信号发射装置输出特定频率、特定幅值的交流电流信号；线性方案设计制造的交流信号发射装置中包括三极管，通过控制三极管的导通程度，使得交流信号发射装置输出特定频率、特定幅值的交流电流信号。

在实现本发明的过程中，发明人发现相关技术至少存在以下问题：开关方案设计制造的交流信号发射装置，调整管需要在导通状态和关断状态之间切换，因此输出的交流电流信号的波动较大；线性方案设计制造的交流信号发射装置，受三极管的结构的限制，通过三极管的电流较小，因此交流信号发射装置输出的交流电流信号较小。

发明内容

为了解决相关技术中信号发射装置输出的交流电流信号的波动较大以及输出的交流电流信号较小的问题，本发明提供一种信号发射装置。所述技术方案如下：

第一方面，提供一种信号发射装置，所述信号发射装置包括：信号发生模块和交流恒流源模块，所述信号发生模块与所述交流恒流源模块连接，

所述信号发生模块用于生成特定频率、特定幅值的参考电流信号，接收所述交流恒流源模块反馈的第一交流电压信号，并将所述第一交流电压信号转换成交流电流信号，采用比例谐振控制策略根据所述参考电流信号对所述交流电流信号进行处理，得到第一交流电流信号，并将所述第一交流电流信号传输至所述交流恒流源模块；

所述交流恒流源模块用于对所述第一交流电流信号进行放大处理得到第二交流电流信号，并将所述第二交流电流信号转换成所述第一交流电压信号，将所述第一交流电压信号反馈至所述信号发生模块；

所述交流恒流源模块还用于输出所述第二交流电流信号。

进一步地，所述交流恒流源模块包括：线性电流源单元和电流传感器单元，

所述线性电流源单元与电流传感器单元连接，且所述线性电流源单元和所述电流传感器单元分别与所述信号发生模块连接；

所述电流传感器单元用于将所述第二交流电流信号转换成所述第一交流电压信号，并将所述第一交流电压信号反馈至所述信号发生模块；

所述线性电流源单元的输出端的电压信号为第二交流电压信号，所述信号发生模块还用于获取所述第二交流电压信号，将所述第二交流电压信号转换成第二直流电压信号，根据所述第二直流电压信号采用预设算法计算得到第一直流电压信号。

进一步地，所述信号发射装置还包括：电源模块，

所述电源模块分别与所述信号发生模块和所述交流恒流源模块连接，用于向所述信号发生模块和所述交流恒流源模块供电；

所述信号发生模块还用于将所述第一直流电压信号传输至所述电源模块，所述电源模块用于采用比例积分PI控制策略对所述第一直流电压信号进行控制得到第三直流电压信号，并输出所述第三直流电压信号，根据所述第三直流电压信号向所述交流恒流源模块中的所述线性电流源单元供电。

进一步地，所述电源模块包括：开关恒压单元、电池电源和降压单元，

所述电池电源分别与所述开关恒压单元和所述降压单元连接，且所述降压单元分别与所述信号发生模块和所述电流传感器单元连接，所述开关恒压单元分别与所述信号发生模块和所述线性电流源单元连接；

所述降压单元用于对所述电池电源的电压信号进行第一降压处理得到第一电压信号，采用所述第一电压信号向所述信号发生模块供电；

所述降压单元还用于对所述电池电源的电压信号进行第二降压处理得到第二电压信号，采用所述第二电压信号向所述电流传感器单元供电；

所述信号发生模块还用于将所述第一直流电压信号传输至所述开关恒压单元，所述开关恒压单元用于采用所述PI控制策略根据所述第一直流电压信号对所述电池电源的电压信号处理得到所述第三直流电压信号，并采用所述第三直流电压信号向所述线性电流源单元供电。

进一步地，所述开关恒压单元包括：驱动电路子单元和PI控制子单元，

所述驱动电路子单元分别与所述电池电源、所述线性电流源单元和所述PI控制子单元连接，所述PI控制子单元与所述信号发生模块连接；

所述驱动电路子单元用于对所述电池电源的电压信号进行处理得到所述第三直流电压信号，并将所述第三直流电压信号传输至所述PI控制子单元；

所述信号发生模块还用于将所述第一直流电压信号传输至所述PI控制子单元，所述PI控制子单元用于确定所述第一直流电压信号和所述第三直流电压信号的误差信号，对所述误差信号进行PI控制处理，并将处理后的误差信息传输至所述驱动电路子单元；

所述驱动电路子单元还用于根据处理后的所述误差信号对所述第三直流电压信号进行调节，使得所述第三直流电压信号等于所述第一直流电压信号，并采用所述第三直流电压信号向所述线性电流源单元供电。

进一步地，所述信号发射装置还包括：极性变换模块，

所述极性变换模块分别与所述交流恒流源模块和所述信号发生模块连接；

所述信号发生模块还用于生成驱动控制信号，将所述驱动控制信号传输至所述极性变换模块；

所述交流恒流源模块用于向所述极性变换模块输入所述第二交流电流信号，所述极性变换模块用于根据所述驱动控制信号对所述第二交流电流信号进行极性转换；

所述极性变换模块还用于输出转换极性后的所述第二交流电流信号。

进一步地，所述信号发射装置还包括：保护电路模块，

所述电池电源与所述开关恒压单元连接的线路上设置有开关，所述保护电路模块分别与所述信号发生模块和所述开关连接；

所述信号发生模块还用于在所述信号发生装置的电路出现故障时，向所述保护电路模块传输开关控制信号，所述保护电路模块用于根据所述开关控制信号断开所述开关。

进一步地，所述信号发生模块包括：数字芯片单元、数字合成单元、人机交互单元、比例谐振控制单元和转换单元，

所述人机交互单元用于接收用户触发的所述特定频率和所述特定幅值，将所述特定频率和所述特定幅值传输至所述数字合成单元；

所述数字合成单元用于根据所述特定频率和所述特定幅值生成所述参考电流信号，将所述参考电流信号传输至所述比例谐振控制单元；

所述转换单元用于接收所述交流恒流源模块反馈的所述第一交流电压信号，并将所述第一交流电压信号转换成所述交流电流信号传输至所述比例谐振控制单元；

所述比例谐振控制单元用于采用比例谐振控制策略根据所述参考电流信号对所述交流电流信号进行处理得到所述第一交流电流信号。

进一步地，所述信号发生模块还包括：显示单元，

所述显示单元用于显示所述第二交流电流信号。

所述信号发生模块还包括：计算单元，

所述线性电流源单元的输出端的电压信号为第二交流电压信号，所述计算单元还用于获取所述第二交流电压信号，将所述第二交流电压信号转换成第二直流电压信号，根据所述第二交流电压信号采用预设算法计算得到所述第一直流电压信号。

所述线性电流源单元包括高压运放，所述电流传感器单元包括电流传感器。

所述特定频率包括：4赫兹和128赫兹中的任意一种。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明提供的信号发射装置包括：信号发生模块和交流恒流源模块，信号发生模块与交流恒流源模块连接，信号发生模块用于生成参考电流信号，接收交流恒流源模块反馈的第一交流电压信号，并将第一交流电压信号转换成交流电流信号，采用比例谐振控制策略根据参考电流信号对交流电流信号进行处理，得到第一交流电流信号，并将第一交流电流信号传输至交流恒流源模块；交流恒流源模块用于对第一交流电流信号进行放大处理得到第二交流电流信号，并将第二交流电流信号转换成第一交流电压信号，将第一交流电压信号反馈至信号发生模块；交流恒流源模块还用于输出第二交流电流信号。本发明提供的信号发射装置输出的信号为放大后的交流电流信号，解决了相关技术中信号发射装置输出的交流电流信号的波动较大以及输出的交流电流信号较小的问题，达到了稳定输出信号以及增大输出信号的有益效果。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例提供的一种信号发射装置的结构示意图；

图2是本发明另一个实施例提供的一种信号发射装置的结构示意图；

图3是图2所示实施例提供的根据参考电流信号对交流电流信号进行处理得到第一交流电流信号的示意图；

图4是图2所示实施例提供的一种交流恒流源模块的结构示意图；

图5是图2所示实施例提供的一种开关恒压单元的结构示意图。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

具体实施方式

为了使本发明的目的、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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种信号发射装置00的结构示意图，该信号发射装置00可以在检测油气管道防腐层的质量时，为检测工作提供激励源。参见图1，该信号发射装置00可以包括：信号发生模块001和交流恒流源模块002，其中，信号发生模块001与交流恒流源模块002连接。

信号发生模块001用于生成特定频率、特定幅值的参考电流信号，接收交流恒流源模块002反馈的第一交流电压信号，并将第一交流电压信号转换成交流电流信号，采用比例谐振控制策略根据参考电流信号对交流电流信号进行处理，得到第一交流电流信号，并将第一交流电流信号传输至交流恒流源模块002。

交流恒流源模块002用于对第一交流电流信号进行放大处理得到第二交流电流信号，并将第二交流电流信号转换成第一交流电压信号，将第一交流电压信号反馈至信号发生模块001。

交流恒流源模块002还用于输出第二交流电流信号。

综上所述，本发明实施例提供的信号发射装置包括：信号发生模块和交流恒流源模块，信号发生模块用于生成参考电流信号，接收交流恒流源模块反馈的第一交流电压信号，并将第一交流电压信号转换成交流电流信号，采用比例谐振控制策略根据参考电流信号对交流电流信号进行处理，得到第一交流电流信号，并将第一交流电流信号传输至交流恒流源模块；交流恒流源模块用于对第一交流电流信号进行放大处理得到第二交流电流信号，并将第二交流电流信号转换成第一交流电压信号，将第一交流电压信号反馈至信号发生模块；交流恒流源模块还用于输出第二交流电流信号。由于信号发射装置输出的信号为放大后的交流电流信号，解决了相关技术中信号发射装置输出的交流电流信号的波动较大以及输出的交流电流信号较小的问题，达到了稳定输出信号以及增大输出信号的有益效果。

请参考图2，其示出了本发明另一个实施例提供的一种信号发射装置10的结构示意图，该信号发射装置10可以在检测油气管道防腐层的质量时，为检测工作提供激励源。参见图2，该信号发射装置10可以包括：信号发生模块110和交流恒流源模块120，其中，信号发生模块110与交流恒流源模块120连接。

信号发生模块110用于生成特定频率、特定幅值的参考电流信号i_s ^*，接收交流恒流源模块120反馈的第一交流电压信号U_io，并将第一交流电压信号U_io转换成交流电流信号i_s，采用比例谐振控制策略根据参考电流信号i_s ^*对交流电流信号i_s进行处理，得到第一交流电流信号i_control，并将第一交流电流信号i_control传输至交流恒流源模块120。

具体地，如图2所示，信号发生模块110包括：数字芯片单元111、数字合成单元112、人机交互单元113、比例谐振控制单元114和转换单元115。

人机交互单元113用于接收用户触发的特定频率和特定幅值，将特定频率和特定幅值传输至数字合成单元112。实际应用中，人机交互单元112可以由触摸屏、按键等能够实现人机交互的部件构成，用户可以通过人机交互单元选择期望的频率和幅值，该期望的频率和幅值即为特定频率和特定幅值，其中，特定频率包括：4赫兹和128赫兹中的任意一种，本发明实施例对此不做限定，特定幅值可以根据实际情况设置，示例地，特定幅值可以为0.1A(中文：安)、5A、或者8A等，本发明实施例对此不做限定。由于用户通过人机交互单元选择的频率和幅值为数字信号，而本发明实施例中的信号发射装置10最终期望得到的是模拟信号，因此，人机交互单元112可以将接收到的频率和幅值传输至数字合成单元112。

数字合成单元112用于根据特定频率和特定幅值生成参考电流信号i_s ^*，将参考电流信号i_s ^*传输至比例谐振控制单元114。具体地，数字合成单元112可以采用直接数字频率合成(英文：Direct Digital Synthesizer，简称：DDS)技术，根据特定频率和特定幅值生成参考电流信号i_s ^*，然后将参考电流信号i_s ^*传输至比例谐振控制单元114。在本发明中，为了提高电源电压利用效率，需对i_s ^*的负半波取反变为正半波。

转换单元115用于接收交流恒流源模块120反馈的第一交流电压信号U_io，并将第一交流电压信号U_io转换成交流电流信号i_s传输至比例谐振控制单元114。示例地，转换单元115可以采用标定的方式将第一交流电压信号U_io转换成对应的交流电流信号i_s。具体实现时，转换单元115可以先通过标定的方式得到一个电压与电流的系数，然后采用第一交流电压信号U_io除以该系数就可以得到对应的交流电流信号i_s。

需要说明的是，此处对转换单元115的功能描述仅是示例性的，实际应用中，转换单元115可以在信号发生模块110与其他模块进行信号传输时，实现数字信号和模拟信号之间的互相转换，实际应用中，转换单元115可以包括：数字模拟转换(英文：Digital Analog Converter，简称：DAC)电路，模拟数字转换(英文：Analog Digital Converter，简称：ADC)电路等，本发明实施例对此不做限定。本发明实施例中的转换单元115以便于实现信号发生模块110与其他模块进行信号传输为准。

比例谐振控制单元114用于采用比例谐振控制策略根据参考电流信号i_s ^*对交流电流信号i_s进行处理得到第一交流电流信号i_control。示例地，请参考图3，其示出的是比例谐振控制单元114根据参考电流信号i_s ^*对交流电流信号i_s进行处理得到第一交流电流信号i_control的示意图，参见图3，比例谐振控制单元114的输入信号包括参考电流信号i_s ^*和交流电流信号i_s，参考电流信号i_s ^*和交流电流信号i_s作差后得到电流信号e，然后对该信号e采用比例谐振控策略进行处理，并进行后半周期的反号计算得到第一交流电流信号i_control。在图3中，K_P为比例环节系数，K_R为谐振环节系数，ω_c为截止频率，ω为谐振角频率，s为复变量。在本发明实施例中，ω的取值可以为25.1327rad/s(中文：转/秒)或者804.2477rad/s，分别对应频率分别为4Hz(中文：赫兹)和128Hz的发射信号，也即：2π*4Hz＝25.1327rad/s，2π*128Hz＝804.2477rad/s，其中，K_P、K_R和ω_c的具体数值的选取会影响信号发射装置10的带宽和增益。在本发明实施例中，针对频率为4Hz和128Hz的两种信号，选取的K_P和K_R的值相同，示例地，针对频率为4Hz的信号，K_P＝1，K_R＝100，针对频率为128Hz的信号，K_P＝1，K_R＝100。针对频率为4Hz和128Hz的两种信号，ω_c分别为0.2513rad/s和8.0425rad/s。

需要说明的是，在本发明实施例中，比例谐振控制单元114最终形成的i_control为交流电流信号，但是信号发生模块110的核心模块为数字芯片单元111，且图3中的参考电流信号i_s ^*和交流电流信号i_s实际上是其对应的数字信号，因此，比例谐振控制单元114在采用比例谐振控制策略形成第一交流电流信号i_control，可以采用双线性变换法实现比例谐振的计算得到第一交流电流信号i_control，具体如下：

在某一时刻k，i_control(k)的表达式为：

i_control(k)＝n₀e(k)+n₁e(k-1)+n₂e(k-2)-d₁i_control(k-1)-d₂i_control(k-2) (1)；

其中，在该式(1)中，e(k-1)和e(k-2)分别为第k-1时刻和第k-2时刻对应的电流信号e，i_control(k-1)和i_control(k-2)分别为第k-1时刻和第k-2时刻输出的i_control，在首次和第二次执行这段程序的时候，e(k-1)、e(k-2)、i_control(k-1)和i_control(k-2)的取值均为0。

其中，

e(k)为第k时刻输出的电流采样值(即交流电流信号i_s)与参考电流信号(参考电流信号i_s ^*)之间的差。T_s可以为信号发生模块110采用的离散频率，则式(1)中的其余参数的可以按照下述公式(3)中提供的公式计算得到。

计算得到各个参数后，就可以采用公式(1)计算得到对应的第一交流电流信号i_control。

参见图2，交流恒流源模块120用于对第一交流电流信号i_control进行放大处理得到第二交流电流信号I_s，并将第二交流电流信号I_s转换成第一交流电压信号U_io，将第一交流电压信号U_io反馈至信号发生模块110。交流恒流源模块120还用于输出第二交流电流信号I_s。其中，需要说明的是，交流恒流源模块120和信号发生模块110的工作过程是不断反馈循环的过程，交流恒流源模块120每输出一个电流信号，都会向信号发生模块110反馈该电流信号对应的电压信号，因此，此处的第一交流电压信号U_io可以用于信号发生模块110在当前周期的下一周期中生成第一交流电流信号i_control。

进一步地，如图2所示，交流恒流源模块120包括：线性电流源单元121和电流传感器单元122。线性电流源单元121与电流传感器122单元连接，且线性电流源单元121和电流传感器单元122分别与信号发生模块110连接。

电流传感器单元122用于将第二交流电流信号I_s转换成第一交流电压信号U_io，并将第一交流电压信号U_io反馈至信号发生模块110。实际应用中，电流传感器单元122可以包括电流传感器。

线性电流源单元121的输出端的电压信号为第二交流电压信号U₀，信号发生模块110还用于获取第二交流电压信号U₀，将第二交流电压信号U₀转换成第二直流电压信号，根据第二直流电压信号采用预设算法计算交流电压的幅值得到第一直流电压信号U_S ^*。，具体地，信号发生模块110还可以包括：计算单元117，计算单元117用于获取第二交流电压信号U₀，将第二交流电压信号U₀转换成对应的第二直流电压信号，根据第二直流电压信号采用预设算法计算得到第一直流电压信号U_S ^*。具体地，计算单元117可以根据公式计算第一直流电压信号U_S ^*。实际应用中，线性电流源单元121中可以设置高压运放。其中，需要说明的是，该公式中采用第二交流电压信号的符号U₀代表对应的第二直流电压信号。

具体地，如图4所示，其示出的是交流恒流源模块120在实际应用中的一种结构示意图。参见图4，线性电流源单元121包括高压运放1211，电流传感器单元122包括电流传感器1221。高压运放1211可以为TI公司的OPA549T高压运放，该高压运放具有单双极性供电、输出电流达8A、峰值电流可达10A的特点，无需进行扩流设计即可得到幅值相对较大的电流信号。电流传感器1221主要可以为霍尔电流传感器，参见图4可知，电流传感器单元122还可以包括采样电阻R_ct，该采样电阻R_ct具有高精度低温漂等特点，电流传感器1221可以为CSM00XA系列的霍尔电流传感器，该CSM00XA系列的霍尔电流传感器的传感器性度高、低温漂。在本发明实施例中，采用霍尔电流传感器简化了采样电阻的设计。

可选地，如图2所示，信号发生模块110还包括：显示单元116，该显示单元116用于显示第二交流电流信号I_s。该显示单元116可以为液晶显示器(英文：Liquid CrystalDisplay，简称：LCD)，显示单元116可以实时显示第二交流电流信号I_s以及其他的电流、电压等的变化情况，工作人员可以通过显示单元116对信号发射装置10的发射信号进行监测。

进一步地，如图2所示，信号发射装置00还包括：电源模块130。

电源模块130分别与信号发生模块110和交流恒流源模块120连接，用于向信号发生模块110和交流恒流源模块120供电。

信号发生模块110还用于将第一直流电压信号U_S ^*传输至电源模块130，电源模块130用于采用比例积分(英文：Proportional Integral，简称：PI)控制策略对第一直流电压信号U_S ^*进行控制得到第三直流电压信号U_OP，并输出第三直流电压信号U_OP，根据第三直流电压信号U_OP向交流恒流源模块120中的线性电流源单元121供电。

进一步地，如图2所示，电源模块130包括：开关恒压单元131、电池电源132和降压单元133。

电池电源132分别与开关恒压单元131和降压单元133连接，且降压单元133分别与信号发生模块110和电流传感器单元122连接，开关恒压单元131分别与信号发生模块110和线性电流源单元121连接。

降压单元133用于对电池电源132的电压信号进行第一降压处理得到第一电压信号U₁，采用第一电压信号U₁向信号发生模块110供电。

降压单元133还用于对电池电源132的电压信号进行第二降压处理得到第二电压信号U₂，采用第二电压信号U₂向电流传感器单元122供电。

信号发生模块110还用于将第一直流电压信号U_S ^*传输至开关恒压单元131，开关恒压单元131用于采用PI控制策略根据第一直流电压信号U_S ^*对电池电源132的电压信号进行处理得到第三直流电压信号U_OP，并采用第三直流电压信号U_OP向线性电流源单元131供电。采用开关恒压单元131可以避免线性方案中负载阻抗较小，晶体管过多消耗电源导致效率低的问题。

其中，降压单元133可以包括直流-直流转换(英文：DirectCurrent-DirectCurrent Conversion，简称：DC-DC)。降压单元133主要为信号发生模块110和电流传感器单元122提供电源，降压单元133可以采用DC-DC电源芯片实现。

进一步地，如图2所示，开关恒压单元131包括：驱动电路子单元1311和PI控制子单元1312。

驱动电路子单元1311分别与电池电源132、线性电流源单元121、PI控制子单元1312连接，PI控制子单元1312与信号发生模块110连接。

驱动电路子单元1311用于对电池电源132的电压信号进行处理得到第三直流电压信号U_OP，并将第三直流电压信号U_OP传输至PI控制子单元1312。

信号发生模块110还用于将第一直流电压信号U_S ^*传输至PI控制子单元1312，PI控制子单元1312用于确定第一直流电压信号U_S ^*和第三直流电压信号U_OP的误差信号，对误差信号进行PI控制处理，并将处理后的误差信号传输至驱动电路子单元1311。驱动电路子单元1311还用于根据处理后的误差信号对第三直流电压信号U_OP进行调节，使得第三直流电压信号U_OP等于第一直流电压信号U_S ^*，并采用第三直流电压信号U_OP向线性电流源单元121供电。

具体地，请参考图5，其示出的是一种开关恒压单元131在实际应用中的结构示意图，参见图5，开关恒压单元131包括：驱动电路子单元1311和PI控制子单元1312。驱动电路子单元1311分别与电池电源132、线性电流源单元121、PI控制子单元1312连接，PI控制子单元1312与信号发生模块110连接。

实际应用中，驱动电路子单元1311的实际结构可以为Boost电路，该Boost电路中，U为电池电源132的输出电压，该Boost电路还包括：用于储存能量的电流传感器L，开关二极管D，开关MOS管Q，输入滤波电容Cs，输出滤波电容Co；电压采样电阻R_f11和R_f12，驱动电路子单元1311的输出电压为第三直流电压信号U_OP。PI控制子单元除了PI控制外，还可以包括TL494芯片、电阻、电容，TL494是专用的脉宽调制(英文：PulseWidthModulation，简称：PWM)生成芯片，内部自带误差比较放大器。此外，PI控制子单元还可以包括PWM驱动电路。PWM驱动电路主要由IR系列驱动芯片组成，PI控制得到的控制信号经过PWM驱动电路输出到开关MOS管Q，可以克服MOS管的寄生电容影响。

其中，开关恒压单元131的工作原理可以包括：计算单元117根据线性电流源单元121输出端的第二交流电压信号U₀，并将第二交流电压信号U₀转换成第二直流电压信号，根据第二直流电压信号采用预设算法计算得到第一直流电压信号U_S ^*，然后将第一直流电压信号U_S ^*传输至PI控制子单元1312，驱动电路子单元1311将线性电流源单元121的实际供电的第三直流电压U_OP传输至PI控制子单元1312，PI控制子单元1312将第一直流电压信号U_S ^*和第二直流电压U_OP进行比较，得到误差信号，然后对误差信号进行PI控制处理，并将处理后的误差信号传输至驱动电路子单元1311，通过控制信号控制驱动电路子单元1311中的开关MOS管等功率器件的“开启”、“关闭”时间，最终使第三直流电压信号U_OP与第一直流电压信号相等，从而提高线性电流源单元121的效率。其中，PI控制子单元1312中的控制参数可以经过仿真确定，一般可以选择P＝0.1，I＝1000。

进一步地，如图2所示，信号发射装置10还包括：极性变换模块140。

极性变换模块140分别与交流恒流源模块120和信号发生模块110连接。

信号发生模块110还用于生成驱动控制信号，将驱动控制信号传输至极性变换模块140。具体地，信号发生模块110在确定参考交流电流信号到达后半周期时，生成驱动控制信号并将驱动控制信号传输至极性变换模块140。

交流恒流源模块120用于向极性变换模块140输入第二交流电流信号I_s，极性变换模块140用于根据驱动控制信号对第二交流电流信号I_s进行极性转换。

极性变换模块140还用于输出转换极性后的第二交流电流信号，该转换极性后的第二交流电流信号可以为图2所示的电流I₀。

极性变换模块140可以由PWM驱动电路和极性变换电路组成。主要实现电流由单极性向双极性转换。交流恒流源模块120输出的第二交流电流信号I_s为单极性信号，信号发生模块110输出驱动控制信号经过PWM驱动电路控制极性变换电路，极性变换模块140直接将单极性电流变换为双极性电流，可以提高电源的利用效率。

可选地，信号发射装置10还包括：保护电路模块150。

电池电源132与开关恒压单元131连接的线路上设置有开关K1，保护电路模块150分别与信号发生模块110和开关K1连接。

信号发生模块110还用于在信号发生装置10的电路出现故障时，向保护电路模块150传输开关控制信号，保护电路模块150用于根据开关控制信号断开开关K1。

实际应用中，保护电路模块150可以由短路保护电路、过温保护电路、过载保护电路等组成。主要功能是当信号发射装置10的电路出现短路、器件(比如高压运放)出现温度过高、负载超过极限时通过断开开关K1切断电源。示例地，由于输出电流较大时，高压运放发热较快，因此，可以在高压运放上设置散热片，并通过温度传感器实时采集散热片温度。当高压运放工作温度超过预设温度时，信号发生模块110向保护电路模块150传输开关控制信号，保护电路模块150根据开关控制信号断开开关K1停止开关恒压单元131的工作，并在信号发生模块110的显示单元116上显示有关信息；当系统短路，信号发生模块110向保护电路模块150传输开关控制信号，保护电路模块150根据开关控制信号断开开关K1停止开关恒压单元131的工作，并在信号发生模块110的显示单元116上显示有关信息。

参见图2，电池电源132与降压单元133连接的线路上设置有开关K2，可以通过断开K2停止向信号发生模块供电。

综上所述，本发明实施例提供的信号发射装置包括：信号发生模块和交流恒流源模块，信号发生模块用于生成参考电流信号，接收交流恒流源模块反馈的第一交流电压信号，并将第一交流电压信号转换成交流电流信号，采用比例谐振控制策略根据参考电流信号对交流电流信号进行处理，得到第一交流电流信号，并将第一交流电流信号传输至交流恒流源模块；交流恒流源模块用于对第一交流电流信号进行放大处理得到第二交流电流信号，并将第二交流电流信号转换成第一交流电压信号，将第一交流电压信号反馈至信号发生模块；交流恒流源模块还用于输出第二交流电流信号。由于信号发射装置输出的信号为放大后的交流电流信号，解决了相关技术中信号发射装置输出的交流电流信号的波动较大以及输出的交流电流信号较小的问题，达到了稳定输出信号以及增大输出信号的有益效果。

由于油气管道防腐层埋在地下，对于水下穿越管道，防腐层通常在水下5至20米，甚至30米以上，因此，在检测防腐层的质量时，需要信号发射装置提供足够大的电流信号，本发明实施例中，信号发生模块采用比例谐振控制策略形成第一交流电流信号，使得信号发射装置最终发射出的电流信号在符合期望的情况下，为油气管道防腐层提供有效的激励源。

本发明实施例提供的信号发射装置可以提供频率为4Hz和128Hz的两种发射信号，且发射信号的幅值在0.1A～8A之间，且本发明实施例提供的信号发射装置提供的交流电流信号具有抗工频以及抗管道感性负载自激振荡的能力，信号发射装置能够根据不同管地阻抗，匹配合适的输出功率，确保输出电流幅值、频率恒定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种信号发射装置，其特征在于，所述信号发射装置包括：信号发生模块和交流恒流源模块，所述信号发生模块与所述交流恒流源模块连接，

所述信号发生模块用于生成特定频率、特定幅值的参考电流信号，接收所述交流恒流源模块反馈的第一交流电压信号，并将所述第一交流电压信号转换成交流电流信号，采用比例谐振控制策略根据所述参考电流信号对所述交流电流信号进行处理，得到第一交流电流信号，并将所述第一交流电流信号传输至所述交流恒流源模块；

所述交流恒流源模块用于对所述第一交流电流信号进行放大处理得到第二交流电流信号，并将所述第二交流电流信号转换成所述第一交流电压信号，将所述第一交流电压信号反馈至所述信号发生模块；

所述交流恒流源模块还用于输出所述第二交流电流信号。

2.根据权利要求1所述的信号发射装置，其特征在于，所述交流恒流源模块包括：线性电流源单元和电流传感器单元，

所述线性电流源单元与电流传感器单元连接，且所述线性电流源单元和所述电流传感器单元分别与所述信号发生模块连接；

所述电流传感器单元用于将所述第二交流电流信号转换成所述第一交流电压信号，并将所述第一交流电压信号反馈至所述信号发生模块；

所述线性电流源单元的输出端的电压信号为第二交流电压信号，所述信号发生模块还用于获取所述第二交流电压信号，将所述第二交流电压信号转换成第二直流电压信号，根据所述第二直流电压信号采用预设算法计算得到第一直流电压信号。

3.根据权利要求2所述的信号发射装置，其特征在于，所述信号发射装置还包括：电源模块，

所述电源模块分别与所述信号发生模块和所述交流恒流源模块连接，用于向所述信号发生模块和所述交流恒流源模块供电；

所述信号发生模块还用于将所述第一直流电压信号传输至所述电源模块，所述电源模块用于采用比例积分PI控制策略对所述第一直流电压信号进行控制得到第三直流电压信号，并输出所述第三直流电压信号，根据所述第三直流电压信号向所述交流恒流源模块中的所述线性电流源单元供电。

4.根据权利要求3所述的信号发射装置，其特征在于，所述电源模块包括：开关恒压单元、电池电源和降压单元，

所述电池电源分别与所述开关恒压单元和所述降压单元连接，且所述降压单元分别与所述信号发生模块和所述电流传感器单元连接，所述开关恒压单元分别与所述信号发生模块和所述线性电流源单元连接；

所述降压单元用于对所述电池电源的电压信号进行第一降压处理得到第一电压信号，采用所述第一电压信号向所述信号发生模块供电；

所述降压单元还用于对所述电池电源的电压信号进行第二降压处理得到第二电压信号，采用所述第二电压信号向所述电流传感器单元供电；

所述信号发生模块还用于将所述第一直流电压信号传输至所述开关恒压单元，所述开关恒压单元用于采用所述PI控制策略根据所述第一直流电压信号对所述电池电源的电压信号进行处理得到所述第三直流电压信号，并采用所述第三直流电压信号向所述线性电流源单元供电。

5.根据权利要求4所述的信号发射装置，其特征在于，所述开关恒压单元包括：驱动电路子单元和PI控制子单元，

所述驱动电路子单元分别与所述电池电源、所述线性电流源单元和所述PI控制子单元连接，所述PI控制子单元与所述信号发生模块；

所述驱动电路子单元用于对所述电池电源的电压进行处理得到所述第三直流电压信号，并将所述第三直流电压信号传输至所述PI控制子单元；

所述信号发生模块还用于将所述第一直流电压信号传输至所述PI控制子单元，所述PI控制子单元用于确定所述第一直流电压信号和所述第三直流电压信号的误差信号，对所述误差信号进行PI控制处理，并将处理后的误差信号传输至所述驱动电路子单元；

所述驱动电路子单元还用于根据处理后的所述误差信号对所述第三直流电压信号进行调节，使得所述第三直流电压信号等于所述第一直流电压信号，并采用所述第三直流电压信号向所述线性电流源单元供电。

6.根据权利要求1所述的信号发射装置，其特征在于，所述信号发射装置还包括：极性变换模块，

所述极性变换模块分别与所述交流恒流源模块和所述信号发生模块连接；

所述信号发生模块还用于生成驱动控制信号，将所述驱动控制信号传输至所述极性变换模块；

所述交流恒流源模块用于向所述极性变换模块输入所述第二交流电流信号，所述极性变换模块用于根据所述驱动控制信号对所述第二交流电流信号进行极性转换；

所述极性变换模块还用于输出转换极性后的所述第二交流电流信号。

7.根据权利要求4所述的信号发射装置，其特征在于，所述信号发射装置还包括：保护电路模块，

所述电池电源与所述开关恒压单元连接的线路上设置有开关，所述保护电路模块分别与所述信号发生模块和所述开关连接；

所述信号发生模块还用于在所述信号发生装置的电路出现故障时，向所述保护电路模块传输开关控制信号，所述保护电路模块用于根据所述开关控制信号断开所述开关。

8.根据权利要求1所述的信号发射装置，其特征在于，所述信号发生模块包括：数字芯片单元、数字合成单元、人机交互单元、比例谐振控制单元和转换单元，

所述人机交互单元用于接收用户触发的所述特定频率和所述特定幅值，将所述特定频率和所述特定幅值传输至所述数字合成单元；

所述数字合成单元用于根据所述特定频率和所述特定幅值生成所述参考电流信号，将所述参考电流信号传输至所述比例谐振控制单元；

所述转换单元用于接收所述交流恒流源模块反馈的所述第一交流电压信号，并将所述第一交流电压信号转换成所述交流电流信号传输至所述比例谐振控制单元；

所述比例谐振控制单元用于采用比例谐振控制策略根据所述参考电流信号对所述交流电流信号进行处理得到所述第一交流电流信号。

9.根据权利要求1所述的信号发射装置，其特征在于，所述信号发生模块还包括：显示单元，

所述显示单元用于显示所述第二交流电流信号。

10.根据权利要求2所述的信号发射装置，其特征在于，所述信号发生模块还包括：计算单元，

所述线性电流源单元的输出端的电压信号为第二交流电压信号，所述计算单元还用于获取所述第二交流电压信号，将所述第二交流电压信号转换成第二直流电压信号，根据所述第二直流电压信号采用预设算法计算得到所述第一直流电压信号。

11.根据权利要求2所述的信号发射装置，其特征在于，所述线性电流源单元包括高压运放，所述电流传感器单元包括电流传感器。

12.根据权利要求1至11任一所述的信号发射装置，其特征在于，所述特定频率包括：4赫兹和128赫兹中的任意一种。