CN110166025B - 一个地下管道探测自适应调频模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一个地下管道探测自适应调频模块，由MOS管、电容、升压芯片构成。该模块可用于解决因为外界环境变化导致的自身电容、电感变化亦或是自身电容、电感参数改变从而导致的频率不对应问题。此模块利用多个MOS管的协调组合方式可以达到利用尽量少的时间以及使用最少的MOS管达到最优的频率效果。突破了传统信号发生器和信号接收器遇到的频率不一致、频率检索过慢、器件的浪费等问题。该模块解决了1.5米和2.4米的地下管道探测频率偏移问题。极大的降低了地下管道探测的研发成本，同时提高了地下管道探测的准确率和稳定性。

Description

一个地下管道探测自适应调频模块
技术领域
本发明涉及地下管道探测领域，特别是涉及对频率精度要求极高、信号微弱的电子探测系统。
背景技术
随着科技的进步，对地下资源的开采利用也日益增多，但是鉴于地下情况的未知性，以及以前在地下铺设天然气等管道时没有统一、精确的地下管道分布图纸，所以造成了如今在对地下资源进行开发利用时可能引发事故的情况。传统的地下管道探测系统的信号发生器和信号接收器由于外界环境变化导致的自身电容、电感变化亦或是自身电容、电感参数改变从而导致信号的发射和接收都无法达到预期的频率，使得出现探测的效果不佳甚至是探测不出地下管道的状况。传统的地下管道探测系统的调频模块具有无法适应多变的环境，元器件的利用率低、反应速度慢及适用性差等问题。
地下管道探测系统是利用两个线圈电磁感应原理进行耦合的设备。在读写器和应答器处各有一个线圈，读写器连接正弦信号产生电磁信号，应答器的感应线圈接收读写器的电磁信号从而产生电流启动芯片。由于外界环境的变化或者线圈和谐振电路中的匹配电容参数的改变极易导致探测的谐振频率发生偏移，出现探测的信号不准确甚至是探测不出信号的情况。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一个自适应调频模块的解决方法。它依靠处理器所编的自适应代码能够智能地切换任意一路或多路的电源开关，每一路信号都会先通过一个升压芯片提高开关电压达到适用于多种各种的电路，提高此模块的适用性。根据自适应调频硬件电路的设计得出合适的排列组合，以此来提高元器件的利用率，达到此模块的高效利用，并且大大缩短了调频的反应时间。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一个地下管道探测自适应调频模块，该自适应调频模块包括多路升压芯片、寄生电容值控制在100pF内的MOS管和交流电阻值控制在10Ω内的电容。为了控制此自适应调频模块模块的面积，选择一个集成度高的多路升压芯片开关。通常的处理器能够输出3.3V的电压，由于部分寄生电容较小的MOS管的开关电压较高，所以增加了一个升压模块是为了提高此自适应调频模块的适用性。选择寄生电容较小的MOS管是为了提高调频的精确度，某些谐振电路中对电容、电感的参数要求较高，寄生电容较大的MOS管对电路的影响较大，会影响电路的高精度频率选择。地下管道探测的电路中所提取的信号很小，所以在选择电容时需要注意交流电阻的数值大小，尽量选择较小交流电阻的电容，减小此电容对电路电流的不利影响。
如图1，多路升压芯片包括升压芯片Component_1、升压芯片Component_2，升压芯片Component_1、升压芯片Component_2的1号引脚VCC和13号引脚SELECT连接9V电压，8号引脚VSS连接公共地端GNDA。处理器输出的控制电压与升压芯片的各路输入端3、5、7、9、11、14号引脚相连，升压芯片的各路输出端2、4、6、10、12、15号引脚分别与各自控制的MOS管的栅极连接，每个MOS管的源级都连上GNDA，MOS管Q1、Q3、Q5、Q7、Q9、Q11、Q13、Q15、Q17的漏级分别与各自控制的电容C19、C20、C21、C22、C23、C24、C25、C26、C27相连，电容C19、C20、C21、C22、C23、C24、C25、C26、C27的另一端连接一个公共基础电容C18的一端，电容C18的另一端与外电路相连接，电容C29负责采集信号和谐振的作用，所以它的一端与C18的一端相连，另一端连接外电路的信号采集端。
整个电路通过动态控制MOS管的开关状态来控制电容的通断情况，从而来改变整个电路的谐振电容，进而对谐振频率进行调节。即当负载或外部条件的变化导致谐振频率的偏移，可以在此模块的帮助下，让电路频率重新达到谐振状态，维持原有水平不变。
为了提高元器件的利用率和缩短调频时间，需要对处理器编写自适应智能代码和配合硬件电路的排列组合方式。
作为优选，所述地下管道探测自适应调频模块需要选择一个集成度高的多路升压芯片。
作为优选，所述地下管道探测自适应调频模块需要寄生电容100pF以内的MOS管。
作为优选，所述地下管道探测自适应调频模块需要交流电阻10Ω以内的电容。
作为优选，所述地下管道探测自适应调频模块需要编写自适应智能代码配合硬件电路的排列组合方式。
为了提高元器件的利用率和缩短调频时间，需要对处理器编写自适应智能代码和配合硬件电路的排列组合方式。
与现有技术相比较，本发明采用自适应调频模块代替传统的调频模块，能够增加模块的适用性，提高可调频率的宽度，同时可加快系统响应速度，提高调频精度，提升整体电路的性能和可靠性。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1为本发明的结构示意图。
图中符号说明：
C18、C19、C20、C21、C22、C23、C24、C25、C26、C27、C29-电容；Q1、Q3、Q5、Q7、Q9、Q11、Q13、Q15、Q17-MOS管；Component_1、Component_2-升压芯片。
图2为本发明部分软件硬件组合方式。
具体实施方式
见图1～2，一个由软件硬件配合形成的地下管道探测自适应调频模块，图1的硬件组合方式在此例中，Q1控制的C19大小为10pF，Q3控制的C20大小为30pF，Q5控制的C21大小为50pF，Q7控制的C22大小为70pF，Q9控制的C23大小为90pF，Q11控制的C24大小为110pF，Q13控制的C25大小为130pF，Q15控制的C27大小为150pF，Q17控制的C27大小为170pF。根据图2的方式编写软件代码首先进行全面扫频，全面扫频结束后根据所得信号最好的一例进行精细扫频。例如，当在第5种情况下得到的信号最好时，在原本的组合基础上将Q1置为1，与原来的结果比较决定下一步是增大电容亦或是减小电容。根据精细扫频的结果决定下一步的开关电压的组合方式。直至最后选择到最合适的开关电压组合方式，以此作为下一次启动时的初始状态，以此来减少下一次扫频的时间，尽可能的提高效率。
图1的升压芯片Component_1、Component_2每一路的输入引脚3、5、7、9、11、14都需要与处理器的电压输出端连接，引脚1可以连接9V电压，引脚13和16连接5V电压，它的输出端2、4、6、10、12、15与NMOS管的栅极连接控制NMOS管的开关。每一个MOS管与一个电容串联，同时每一个MOS管与电容的组合并联，以此来达到每个MOS管控制一路开关的同时又能起到相互协调配合的作用。在MOS管的选择上要根据整个系统的需求来定，此地下管道探测自适应调频模块因为对信号的精度要求高以及整个电路中的谐振电压较大，所以选择了一个漏源电压大、漏源导通小电阻大电流、开启电压大、寄生电容较小的MOS管。选择这种MOS管的成本较大，如果电路没有此模块这么高的要求可以适当选择一些较为实用的MOS管来降低成本。在电容的选择上也需要根据系统整体的需求来定，此地下管道探测自适应调频模块对信号的精度要求高，同时探测出的信号较小，所以需要选取交流电阻较小的电容；同样，在电容的数值选取上也要根据具体情况而定，尽量电容的最小值和最大值的比值保持在1：20左右的关系最为恰当，选取这样的比值关系在全面扫频和精细扫频时都不会因为电容数值的选择不恰当而导致扫不出正确的频率。此地下管道探测自适应调频模块电容的最小值和最大值的比值控制在1：17的关系最为恰当。
一个地下管道探测自适应调频模块，由MOS管、电容、升压芯片构成。该模块可用于解决因为外界环境变化导致的自身电容、电感变化亦或是自身电容、电感参数改变从而导致的频率不对应问题。此模块利用多个MOS管的协调组合方式可以达到利用尽量少的时间以及使用最少的MOS管达到最优的频率效果。突破了传统信号发生器和信号接收器遇到的频率不一致、频率检索过慢、器件的浪费等问题。该模块解决了1.5米和2.4米的地下管道探测频率偏移问题。极大的降低了地下管道探测的研发成本，同时提高了地下管道探测的准确率和稳定性。

Claims (3)

1.一个地下管道探测自适应调频模块，其特征在于：该自适应调频模块包括多路升压芯片、寄生电容值控制在100pF内的MOS管和交流电阻值控制在10Ω内的电容；
多路升压芯片包括升压芯片Component_1、升压芯片Component_2，升压芯片Component_1、升压芯片Component_2的1号引脚VCC和13号引脚SELECT连接9V电压，8号引脚VSS连接公共地端GNDA；处理器输出的控制电压与升压芯片的各路输入端3、5、7、9、11、14号引脚相连，升压芯片的各路输出端2、4、6、10、12、15号引脚分别与各自控制的MOS管的栅极连接，每个MOS管的源级都连上GNDA，MOS管Q1、Q3、Q5、Q7、Q9、Q11、Q13、Q15、Q17的漏级分别与各自控制的电容C19、C20、C21、C22、C23、C24、C25、C26、C27相连，电容C19、C20、C21、C22、C23、C24、C25、C26、C27的另一端连接一个公共基础电容C18的一端，电容C18的另一端与外电路相连接，电容C29负责采集信号和谐振的作用，所以电容C29的一端与C18的一端相连，另一端连接外电路的信号采集端；
整个电路通过动态控制MOS管的开关状态来控制电容的通断情况，从而来改变整个电路的谐振电容，进而对谐振频率进行调节；即当负载或外部条件的变化导致谐振频率的偏移，在该自适应调频模块的帮助下，让电路频率重新达到谐振状态，维持原有水平不变；
提高元器件的利用率和缩短调频时间，需要对处理器编写自适应智能代码和配合硬件电路的排列组合方式；
所述地下管道探测自适应调频模块需要选择一个集成度高的多路升压芯片；
所述地下管道探测自适应调频模块需要寄生电容100pF以内的MOS管。
2.根据权利要求1所述的一个地下管道探测自适应调频模块，其特征在于：所述地下管道探测自适应调频模块需要交流电阻10Ω以内的电容。
3.根据权利要求1所述的一个地下管道探测自适应调频模块，其特征在于：所述地下管道探测自适应调频模块需要编写自适应智能代码配合硬件电路的排列组合方式。
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