CN111030712B - 一种透地磁场通信装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种透地磁场通信装置。包括信号发生装置和信号接收装置,其中，所述信号发生装置包括坡莫合金磁场发生器,所述坡莫合金磁场发生器包括电容、线圈和坡莫合金磁芯，所述坡莫合金磁芯为铁镍合金材质长方体磁芯，所述长方体磁芯是由数片长方体磁片叠加粘接而成，所述线圈为铜漆包线，所述线圈绕制在所述坡莫合金磁芯中央位置，所述电容并联接在所述线圈两端；所述信号接收装置包括原子磁力仪，所述破莫合金磁场发生器与所述原子磁力仪构成磁感应透地通信信道。该装置与传统铁氧体磁芯相比具有更高的磁导率，能够提高发射磁场强度。

Description

一种透地磁场通信装置
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种透地磁场通信装置。
背景技术
井下与地面的有线通信设施易受到自然灾害、紧急事故等因素破坏，造成通信瘫痪，现有井下无线通信系统基于电磁波传输原理实现，存在通信信号微弱、信道不稳定和绕射及透射通信能力差的缺点。
磁场透地通信系统利用低频磁场作为信号传播的载体，信道不受地质结构影响，相比电磁波通信方法的穿透能力更强。现有技术中有研究采用铁氧体磁场发生器发射通信磁场，TMR磁电阻作为磁场接收器，其通信距离由发射磁场强度及TMR磁电阻的灵敏度决定，但是其磁导率太低，加上磁芯会产生涡流损耗，最终会降低磁场的发射强度。因此，提供一种通信信号较强、信道稳定、绕射及透射通信能力较强的透地磁场通信装置，具有重要意义。
发明内容
为了解决现有技术中的透地磁场通信装置其通信信号微弱、信道不稳定、绕射及透射通信能力差的问题，本发明提供了一种透地磁场通信装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种透地磁场通信装置，包括信号发生装置和信号接收装置,其中，所述信号发生装置包括坡莫合金磁场发生器,所述坡莫合金磁场发生器包括电容、线圈和坡莫合金磁芯，所述坡莫合金磁芯为铁镍合金材质长方体磁芯，所述长方体磁芯是由数片长方体磁片叠加粘接而成，所述线圈为铜漆包线，所述线圈绕制在所述坡莫合金磁芯中央位置，所述电容并联接在所述线圈两端；所述信号接收装置包括原子磁力仪,所述破莫合金磁场发生器与所述原子磁力仪构成磁感应透地通信信道。
本发明提供的所述长方体磁片厚度不超过0.1mm，所述长方体磁芯的截面边长不小于1cm，长度不小于60cm，所述坡莫合金磁芯的有效磁导率为μapp，
Figure GDA0002403829770000011
其中，lc为磁芯的长度，d为磁芯的截面等效直径，d可以根据下面公式计算，
Figure GDA0002403829770000021
本发明提供的线圈的直径不小于1mm，所述线圈的匝数不小于100匝，所述电容的耐高压达到200V以上。
本发明所述坡莫合金磁场发生器通过线圈的电感与并联连接的电容产生谐振作用从而发射通信磁场，电感值为7mH，并联电容12的容值为33uF，通信频率为330Hz。
所述电容的容值C与基带频率f的关系为，
Figure GDA0002403829770000022
其中，L为线圈电感，所述线圈电感由磁芯形状及磁导率、绕线匝数决定，可由阻抗分析仪测定；
所述磁感应强度为，
Figure GDA0002403829770000023
其中，μ0为真空磁导率，μr材料的相对磁导率，Z为轴向通信距离，R为线圈半径，I为流过线圈的电流，N代表线圈匝数。
本发明提供的信号发生装置还包括顺次连接的基带信号发生器、通信信号调制器和功率放大器，所述功率放大器和坡莫合金磁场发生器连接，其中，所述基带信号发生器接收输入信息，并按照即定的编码方式转化为数字信号后送入后续节点，所述通信信号调制器对基带信号发生器的输出数字信号按照指定调制方式进行调制，所述功率放大器对调制输出信号进行功率放大，所述坡莫合金磁场发生器用于发射通信磁场；所述信号接收装置还包括与所述原子磁力仪顺次连接的信号调理器、通信信号解调器、译码器和信宿，其中，所述原子磁力仪作为远端接收磁传感器，用于接收通信磁场信号，所述信号调理器用于滤除环境噪声等干扰信号，所述通信信号解调器还原通信信号，所述译码器按照即定的编码方式将通信信号译码为原始输入通信信息，所述信宿对通信信息进行存储或者播报。
作为优选，所述原子磁力仪带宽高于通信基带频率，检测灵敏度小于0.05nT。
本发明提供的透地磁场通信装置，包括信号发生装置和信号接收装置，与现有技术相比，可达到如下技术效果：
(1)采用坡莫合金材料制作磁芯，相比传统铁氧体材料具有更高的磁导率，坡莫合金磁芯采用叠片结构，每层叠片之间采用绝缘材料粘结，叠片的厚度小于通信基带频率的趋肤深度，从而避免磁芯内部产生额外的涡流损耗，最终提高了发射磁场强度。
(2)采用原子磁力仪作为磁场接收传感器，较低的磁场检测灵敏度可以接收到更加微弱的磁场信号，从而拓宽了磁场通信距离。
附图说明
图1为本发明所提供的透地磁场通信装置的结构示意图；
图2为本发明所提供的坡莫合金磁场发生器的结构示意图；
图3为本发明所提供的长方体磁芯的结构示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种透地磁场通信装置，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明当中。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
一种透地磁场通信装置，包括信号发生装置和信号接收装置,其中，所述信号发生装置包括顺次连接的基带信号发生器1、通信信号调制器2、功率放大器3和坡莫合金磁场发生器4，其中，所述基带信号发生器1接收输入信息，并按照即定的编码方式转化为数字信号后送入后续节点，所述通信信号调制器2对基带信号发生器的输出数字信号按照指定调制方式进行调制，所述功率放大器3对调制输出信号进行功率放大，所述坡莫合金磁场发生器4用于发射通信磁场；所述信号接收装置包括顺次连接的原子磁力仪5、信号调理器6、通信信号解调器7、译码器8和信宿9，其中，所述原子磁力仪5作为远端接收磁传感器，用于接收通信磁场信号，所述信号调理器6用于滤除环境噪声等干扰信号，所述通信信号解调器7还原通信信号，所述译码器8按照即定的编码方式将通信信号译码为原始输入通信信息，所述信宿9对通信信息进行存储或者播报。所述坡莫合金磁场发生器4包括电容401、线圈402和坡莫合金磁芯403，所述坡莫合金磁芯为铁镍合金材质长方体磁芯，所述长方体磁芯是由数片长方体磁片4031叠加粘接而成，所述线圈402为铜漆包线，所述线圈402绕制在所述坡莫合金磁芯403中央位置，所述电容401并联接在所述线圈402两端；所述信号接收装置包括原子磁力仪5,所述破莫合金磁场发生器4与所述原子磁力仪5构成磁感应透地通信信道。
在此实施方式中，本发明提供的长方体磁片4031厚度不超过0.1mm，所述长方体形状的坡莫合金磁芯403的截面边长不小于1cm，长度不小于60cm，所述坡莫合金磁芯403的有效磁导率为μapp，
Figure GDA0002403829770000041
其中，lc为磁芯的长度，d为磁芯的截面等效直径,d可以通过以下公式计算得到。
Figure GDA0002403829770000042
在一种优选实施方式中，所述线圈402的直径不小于1mm,所述线圈的匝数不小于100匝，所述电容401的耐高压达到200V以上。
本发明所述坡莫合金磁场发生器4通过线圈402的电感与并联连接的电容401产生谐振作用从而发射通信磁场，电感值为7mH，并联电容12的容值为33uF，通信频率为330Hz。
所述电容401的容值C与基带频率f的关系为，
Figure GDA0002403829770000043
其中，L为线圈电感，所述线圈电感由磁芯形状及磁导率、绕线匝数决定，可由阻抗分析仪测定；
所述磁感应强度为，
Figure GDA0002403829770000044
其中，μ0为真空磁导率，μr材料的相对磁导率，Z为轴向通信距离，R为线圈半径，I为流过线圈的电流。
所述原子磁力仪5为带宽高于330Hz的光泵磁力仪，检测灵敏度为0.05nT。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种透地磁场通信装置，其特征在于：包括信号发生装置和信号接收装置,其中，所述信号发生装置包括坡莫合金磁场发生器,所述坡莫合金磁场发生器包括电容、线圈和坡莫合金磁芯，所述坡莫合金磁芯为铁镍合金材质长方体磁芯，所述长方体磁芯是由数片长方体磁片叠加粘接而成，所述线圈为铜漆包线，所述线圈绕制在所述坡莫合金磁芯中央位置，所述电容并联接在所述线圈两端；所述信号接收装置包括原子磁力仪,所述坡 莫合金磁场发生器与所述原子磁力仪构成磁感应透地通信信道；所述长方体磁片厚度不超过0.1mm，所述长方体磁芯的截面边长不小于1cm，长度不小于60cm，所述坡莫合金磁芯的有效磁导率为μapp，
Figure FDA0003074695830000011
其中，lc为磁芯的长度，d为磁芯的截面等效直径。
2.如权利要求1所述的透地磁场通信装置，其特征在于：所述线圈的直径不小于1mm,所述线圈的匝数不小于100匝，所述电容的耐高压达到200V以上。
3.如权利要求1所述的透地磁场通信装置，其特征在于：所述坡莫合金磁场发生器通过线圈的电感与并联连接的电容产生谐振作用从而发射通信磁场，
所述电容的容值C与基带频率f的关系为，
Figure FDA0003074695830000012
其中，L为线圈电感，所述线圈电感由磁芯形状及磁导率、绕线匝数决定，可由阻抗分析仪测定；
磁感应强度为，
Figure FDA0003074695830000013
其中，μ0为真空磁导率，μr材料的相对磁导率，Z为轴向通信距离，R为线圈半径，I为流过线圈的电流，N代表线圈匝数。
4.如权利要求1所述的透地磁场通信装置，其特征在于：所述信号发生装置还包括顺次连接的基带信号发生器、通信信号调制器和功率放大器，所述功率放大器和坡莫合金磁场发生器连接，其中，所述基带信号发生器接收输入信息，并按照既 定的编码方式转化为数字信号后送入后续节点，所述通信信号调制器对基带信号发生器的输出数字信号按照指定调制方式进行调制，所述功率放大器对调制输出信号进行功率放大，所述坡莫合金磁场发生器用于发射通信磁场；所述信号接收装置还包括与所述原子磁力仪顺次连接的信号调理器、通信信号解调器、译码器和信宿，其中，所述原子磁力仪作为远端接收磁传感器，用于接收通信磁场信号，所述信号调理器用于滤除环境噪声干扰信号，所述通信信号解调器还原通信信号，所述译码器按照既 定的编码方式将通信信号译码为原始输入通信信息，所述信宿对通信信息进行存储或者播报。
5.如权利要求1所述的透地磁场通信装置，其特征在于：所述原子磁力仪带宽高于通信基带频率，检测灵敏度小于0.05nT。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113006778A (zh) * 2021-03-22 2021-06-22 国仪石油技术(无锡)有限公司 一种具有超高灵敏度的量子测井方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102736113A (zh) * 2012-06-27 2012-10-17 吉林大学 超宽频弱磁传感器
CN103744034A (zh) * 2013-12-30 2014-04-23 浙江大学 一种提高cpt原子磁力仪灵敏度和绝对精度的差分方法
CN105760920A (zh) * 2016-02-06 2016-07-13 上海励识电子科技有限公司 一种磁条卡模拟装置及数据传输系统
CN105846914A (zh) * 2016-06-21 2016-08-10 中国矿业大学 一种无线磁感应透地通信装置和通信方法
JP2018026466A (ja) * 2016-08-10 2018-02-15 富士電機株式会社 変圧器のシールド構造

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102736113A (zh) * 2012-06-27 2012-10-17 吉林大学 超宽频弱磁传感器
CN103744034A (zh) * 2013-12-30 2014-04-23 浙江大学 一种提高cpt原子磁力仪灵敏度和绝对精度的差分方法
CN105760920A (zh) * 2016-02-06 2016-07-13 上海励识电子科技有限公司 一种磁条卡模拟装置及数据传输系统
CN105846914A (zh) * 2016-06-21 2016-08-10 中国矿业大学 一种无线磁感应透地通信装置和通信方法
JP2018026466A (ja) * 2016-08-10 2018-02-15 富士電機株式会社 変圧器のシールド構造

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