CN110907868B - 巨磁阻抗传感器探头激励与信号采集同步方法、系统及巨磁阻抗传感器 - Google Patents

巨磁阻抗传感器探头激励与信号采集同步方法、系统及巨磁阻抗传感器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种巨磁阻抗传感器探头激励与信号采集同步方法、系统及传感器，包括控制单元、激励信号发生单元和信号采集单元；所述控制单元与所述激励信号发生单元，用于控制所述激励信号发生单元按第一预设频率输出激励脉冲信号至巨磁阻抗传感器探头中的非晶丝；所述控制单元与所述信号采集单元相连，用于控制所述信号采集单元按第二预设频率，并在激励脉冲信号处于高电平时进行信号的采集；所述第一预设频率为第二预设频率的整数倍。本发明的方法、系统及传感器均具有提高采集信号信噪比、灵活性高等优点。

Description

巨磁阻抗传感器探头激励与信号采集同步方法、系统及巨磁 阻抗传感器
技术领域
本发明主要涉及巨磁阻抗传感器技术领域，特指一种巨磁阻抗传感器探头激励与信号采集同步方法、系统及巨磁阻抗传感器。
背景技术
在目前的基于巨磁阻抗效应(GMI)的磁检测探头的信号调理电路中，往往采用多级滤波放大处理，而且信号调理电路与信号采集电路两者是分离设计的。这是一种通用的设计方法，没有考虑GMI信号的特性。GMI信号的原始信号的主体部分是一串高频周期脉冲序列，此脉冲序列与非晶丝激励信号是同步的(其实质是两者受两个同步的高频模拟门控制)。而待测磁场是一个低频信号。特别的是，当检测外界低频磁场时，GMI原始信号中附在高频脉冲上的低频成分变化明显，而附在波谷处的低频成分变化不明显。这一现象可以理解为，在时域上，当信号采集时刻恰好在脉冲时，采集是有效的，而如果在波谷处采集，采集的信号可以认为是低质信号或无效信号。在传统的GMI信号采集方案中，由于信号采集与非晶丝激励两者之间没有交互，致使每次的信号采集，除了规定采集频率外，信号采集的具体时刻就非晶丝激励信号而言，其实是随机的。若采集到波谷时刻的信号，实际上是为整体信号增加了噪声，降低了信噪比。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种提升信号信噪比的巨磁阻抗传感器探头激励与信号采集同步方法、系统及巨磁阻抗传感器。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种巨磁阻抗传感器探头激励与信号采集同步方法，包括步骤：
S01、预先调整巨磁阻抗传感器探头的激励脉冲信号的频率为信号采样频率的整数倍；
S02、在激励脉冲信号处于高电平时，进行信号的采集。
作为上述技术方案的进一步改进：
在步骤S02中，在采集到信号后，对采集信号进行保持。
本发明还公开一种巨磁阻抗传感器探头激励与信号采集同步系统，包括控制单元、激励信号发生单元和信号采集单元；所述控制单元与所述激励信号发生单元，用于控制所述激励信号发生单元按第一预设频率输出激励脉冲信号至巨磁阻抗传感器探头中的非晶丝；所述控制单元与所述信号采集单元相连，用于控制所述信号采集单元按第二预设频率，并在激励脉冲信号处于高电平时进行信号的采集；所述第一预设频率为第二预设频率的整数倍。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述激励信号发生单元包括DA转换单元和运算放大器，所述DA转换单元的输入端与所述控制单元相连，所述DA转换单元的输出端与所述运算放大器的输入端相连，所述运算放大器的输出端用于与非晶丝相连。
所述信号采集单元包括依次相连的信号拾取线圈、信号调整电路和AD转换单元。
所述信号采集单元还包括采样保持电路，位于所述信号调整电路与所述AD转换单元之间，用于对采样信号进行保持。
所述AD转换单元的输出端通过SPI接口与所述控制单元相连。
所述控制单元包括定时器，用于同时控制第一预设频率和第二预设频率。
所述第一预设频率为500KHz，所述第二预设频率为500Hz。
本发明进一步公开了一种巨磁阻抗传感器，包括非晶丝，还包括如上所述的巨磁阻抗传感器探头激励与信号采集同步系统，所述巨磁阻抗传感器探头激励与信号采集同步系统中的激励信号发生单元的输出端与所述非晶丝相连。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明方法、系统及传感器，根据GMI响应信号的特性，将激励脉冲信号与信号采集进行同步，并且始终保持在激励脉冲信号处于高电平时进行信号的采集，避免了原本信号采样与非晶丝激励相分离设计而导致采样时刻随机性的缺点，从而可以有效提升信号信噪比；而且上述方法操作简便且易于实现；采集系统及传感器整体结构简单。
(2)本发明的方法、系统及传感器，在采集到信号后，对采集信号进行保持，保证采集信号的正常采集及转换。
(3)本发明的系统及传感器，通过控制单元实现激励与采集的同步，从而实现控制巨磁阻抗传感器的整个流程(包括激励、采集等)，后期调整灵活性也较高，而各电路的设计依然可以保持小型化。
附图说明
图1为本发明的系统在实施例的结构图。
图例说明：1、控制单元；2、激励信号发生单元；201、DA转换单元；202、运算放大器；3、信号采集单元；301、信号调整电路；302、AD转换单元；303、信号拾取线圈；304、采样保持电路；4、非晶丝。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，本实施例的巨磁阻抗传感器探头激励与信号采集同步方法，包括步骤：
S01、在信号采样频率为固定的情况下，预先调整探头的激励脉冲信号的频率为信号采样频率的整数倍(如10倍)；
S02、在激励脉冲信号处于高电平时，进行信号的采集。
本发明的方法，根据GMI探头响应信号的特性，将激励脉冲信号与信号采集进行同步，并且始终保持在激励脉冲信号处于高电平时进行信号的采集，避免了原本信号采样与非晶丝4激励相分离设计而导致采样时刻随机性的缺点，从而可以有效提升信号信噪比；而且上述方法操作简便且易于实现。
本实施例中，在步骤S02中，在采集到信号后，对采集信号进行保持。由于激励脉冲信号的高电平时间段过于短暂，采集的信号进行转化时间不足，从而对采集后的信号进行保持，从而保证采集信号的正常转换。
如图1所示，本发明还公开了一种巨磁阻抗传感器探头激励与信号采集同步系统，包括控制单元1、激励信号发生单元2和信号采集单元3；控制单元1与激励信号发生单元2，用于控制激励信号发生单元2按第一预设频率(即激励脉冲信号的频率)输出激励脉冲信号至巨磁阻抗传感器探头中的非晶丝4；控制单元1与信号采集单元3相连，用于控制信号采集单元3按第二预设频率(即信号采样频率)，并在激励脉冲信号处于高电平时进行信号的采集；第一预设频率为第二预设频率的整数倍，如10倍。本发明系统，用于执行如上所述方法，同样具有如上采集方法所述的优点，而且整体结构简单。
具体地，激励信号发生单元2包括DA转换单元201(图1中的DA，用于数模转换)和运算放大器202(图1中的运放)，DA转换单元201的输入端与控制单元1相连，DA转换单元201的输出端与运算放大器202的输入端相连，运算放大器202的输出端用于与非晶丝4相连。控制单元1用于控制DA转换单元201按第一预设频率(即激励脉冲信号的频率)输出激励脉冲信号，再经运算放大器202进行放大后输出至非晶丝4进行激励。
本实施例中，信号采集单元3包括依次相连的信号拾取线圈303(图1中的感应线圈)、信号调整电路301和AD转换单元302(图1的中AD)，AD转换单元302通过SPI接口与控制单元1相连。信号拾取线圈采集的信号经信号调理电路进行调整后，经高精度的AD转换单元302进行数模转换后，通过SPI接口输送至控制单元1。另外，由于激励脉冲信号的高电平时间段过于短暂，采集的信号进行转化时间不足，从而引入采样保持电路304，用于对采集的信号进行保持。其中采样保持电路304位于信号调整电路301与AD转换单元302之间。
本实施例中，控制单元1(图1中的MCU)通过内置的定时器，用于同时控制第一预设频率和第二预设频率。具体地，其中采样频率(即第一预设频率)为500KHz，通过控制单元1的定时器设定500KHz的中断频率，以此频率控制DA输出周期激励脉冲信号；定时器每经循环1000个循环采样一次，通过可控延时，控制AD采样时刻与非晶丝4激励脉冲信号的时间间隔，保证每次均能在激励脉冲信号的高电压时刻进行信号的采样。通过控制单元1实现激励与采集的同步，从而实现控制巨磁阻抗传感器的整个流程(包括激励、采集等)，后期调整灵活性也较高，而各电路的设计依然可以保持小型化。
如图1所示，本发明进一步公开了一种巨磁阻抗传感器，包括非晶丝4，还包括如上所述巨磁阻抗传感器探头激励与信号采集同步系统，巨磁阻抗传感器探头激励与信号采集同步系统中的激励信号发生单元2的输出端与非晶丝4相连。本发明的传感器，包括上述采集系统，同样具有如上采集系统所述的优点，而且整体结构简单、易于实现。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种巨磁阻抗传感器探头激励与信号采集同步方法，其特征在于，包括步骤：
S01、预先调整巨磁阻抗传感器探头的激励脉冲信号的频率为信号采样频率的整数倍；
S02、在激励脉冲信号处于高电平时，进行信号的采集；
在步骤S02中，在采集到信号后，对采集信号进行保持。
2.一种巨磁阻抗传感器探头激励与信号采集同步系统，其特征在于，包括控制单元(1)、激励信号发生单元(2)和信号采集单元(3)；所述控制单元(1)与所述激励信号发生单元(2)，用于控制所述激励信号发生单元(2)按第一预设频率输出激励脉冲信号至巨磁阻抗传感器探头中的非晶丝(4)；所述控制单元(1)与所述信号采集单元(3)相连，用于控制所述信号采集单元(3)按第二预设频率，并在激励脉冲信号处于高电平时进行信号的采集；所述第一预设频率为第二预设频率的整数倍。
3.根据权利要求2所述的巨磁阻抗传感器探头激励与信号采集同步系统，其特征在于，所述激励信号发生单元(2)包括DA转换单元(201)和运算放大器(202)，所述DA转换单元(201)的输入端与所述控制单元(1)相连，所述DA转换单元(201)的输出端与所述运算放大器(202)的输入端相连，所述运算放大器(202)的输出端用于与非晶丝(4)相连。
4.根据权利要求3所述的巨磁阻抗传感器探头激励与信号采集同步系统，其特征在于，所述信号采集单元(3)包括依次相连的信号拾取线圈(303)、信号调整电路(301)和AD转换单元(302)。
5.根据权利要求4所述的巨磁阻抗传感器探头激励与信号采集同步系统，其特征在于，所述信号采集单元(3)还包括采样保持电路(304)，位于所述信号调整电路(301)与所述AD转换单元(302)之间，用于对采样信号进行保持。
6.根据权利要求5所述的巨磁阻抗传感器探头激励与信号采集同步系统，其特征在于，所述AD转换单元(302)的输出端通过SPI接口与所述控制单元(1)相连。
7.根据权利要求2至6中任意一项所述的巨磁阻抗传感器探头激励与信号采集同步系统，其特征在于，所述控制单元(1)包括定时器，用于同时控制第一预设频率和第二预设频率。
8.根据权利要求7所述的巨磁阻抗传感器探头激励与信号采集同步系统，其特征在于，所述第一预设频率为500KHz，所述第二预设频率为500Hz。
9.一种巨磁阻抗传感器，包括非晶丝(4)，其特征在于，还包括如权利要求2至8中任意一项所述的巨磁阻抗传感器探头激励与信号采集同步系统，所述巨磁阻抗传感器探头激励与信号采集同步系统中的激励信号发生单元(2)的输出端与所述非晶丝(4)相连。
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