CN111505539A - 一种瞬态磁场测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及磁场测量技术领域,具体涉及一种瞬态磁场测量系统,包括通过屏蔽线连接的探测线圈、信号处理电路、BNC接头连接的示波器,信号处理电路连接有电源供电电路,信号处理电路包括依次连接的差动放大电路、高频滤波电路、积分电路、比例调节电路,差动放大电路接收感应电动势并传输给高频滤波电路,高频滤波电路对输入信号处理后输入积分电路,积分电路对信号处理后传输给比例调节电路,比例调节电路输出的磁场还原信号通过示波器显示;本发明解决瞬态磁场的在时域中的测量问题,通过该瞬态磁场测量系统测量得到的波形电压与磁场值成正比例关系,通过标准磁场仪器定标,即可变成磁场值。
Description
技术领域
本发明涉及磁场测量技术领域,用于测量瞬态磁场电压波形,具体涉及一种瞬态磁场测量系统。
背景技术
瞬态磁场既不是静态的磁场,也不是谐波的磁场,而是由电压、电流或外加场的随时间无规律变化所引起的磁场变化。
瞬态磁场测量的应用领域主要是工业领域的充磁、消磁机、硬盘消磁器、科研和医用脉冲磁场发生器等。
现有技术中通常是采用霍尔传感器作为磁场探头测量,但是霍尔传感器的缺点在于会饱和,而且需要高精度低温漂的恒流源,电路非常复杂;而且现有的探头的屏蔽抗干扰能力较弱。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本申请提出了一种瞬态磁场测量系统,该系统通过线圈作为探头测量,避免了饱和的同时还简化了线路,而且该系统的器件之间通过屏蔽电缆连接,保证屏蔽层全覆盖,实现了屏蔽抗干扰的效果,同时设置的1倍和10倍开关,实现了扩大量程范围的效果。
为了实现上述目的,本发明提供一种瞬态磁场测量系统,包括通过屏蔽电缆连接的探测线圈、信号处理电路、BNC接头连接的示波器,所述信号处理电路连接有电源供电电路,所述信号处理电路包括依次连接的差动放大电路、高频滤波电路、积分电路、比例调节电路,所述差动放大电路接收感应电动势并传输给高频滤波电路,所述高频滤波电路对输入信号处理后输入积分电路,积分电路对信号处理后传输给比例调节电路,比例调节电路输出的磁场还原信号通过示波器显示。
本技术方案的工作原理和过程如下:在使用时,启动电源供电电路,通过探测线圈探测环境中磁场发生的变化,探测线圈通过耦合的方式感受探测磁场中正弦波的变化,并根据变化后的探测磁场生成探测信号,然后将探测信号输送到信号处理电路,首先经过信号处理电路中的差动放大电路有效的放大直流信号,同时差动放大电路还能减小由于电源波动和晶体管随温度变化引起的零点漂移;经过差动放大电路的处理之后再将处理之后的信号输入高频滤波电路,由于电磁场的干扰项非常复杂,干扰可能来自于电路的周边环境,也可能来自于电路本身,所以进行滤波处理是必要的,经过高频滤波电路处理之后的信号再输送到积分电路中,通过积分电路对接收的信号进行处理之后,再将处理之后的信号传送给比例调节电路,通过比例调节电路设定不同的放大倍率,展宽了测量范围。
与传统的瞬态磁场测量系统相比,本申请中的瞬态磁场测量系统使信号处理电路在接收到感应电动势信号之后,依次经过差动放大电路、高频滤波电路、积分电路、比例调节电路的处理之后得到磁场还原信号,再通过滤波器显示出来;通过采用线圈作为探头测量,避免了饱和的同时还简化了线路,而且该系统的器件之间通过屏蔽电缆连接,保证屏蔽层全覆盖,实现了屏蔽抗干扰的效果。
进一步的,所述电源供电电路包括钮扣式电池。本申请将电源供电电路设置为钮扣式电池的形式,降低了生产成本,也便于对电源供电电路进行更换,且更换方便,同时还能确保电池干净,避免信号受到外部电源污染,从而保证了采集的信号的质量,而且钮扣式电池体积小巧,便于与仪器配合,也便于携带。
更进一步的,所述钮扣式电池的电压处理为±12V。本申请将钮扣式电池的电压处理为±12V,12V的电压范围可以使采集信号范围更宽,抗干扰能力强,使其与整个系统电路的匹配度更高,对信号的处理更准确,进一步提高了整个系统对信号处理后得到的瞬态磁场的数据的精确性。
进一步的,所述比例调节电路采用OPA77芯片对信号进行处理。本申请将比例调节电路采用OPA77芯片对信号进行处理,进一步提高了检测数据的准确性。
进一步的,所述高频滤波电路由双π型滤波电路与单π型滤波电路组成。本申请中的高频滤波电路首先经过双π型滤波电路对信号进行滤除之后,再经过单π型滤波电路对信号进一步滤除,经过两次滤波处理,能较好的滤除影响检测的谐波成分,经过实际电路检测,效果很好。
进一步的,所述探线圈为双层绕制结构。
进一步的,所述屏蔽电缆为50Ω射频基带电缆。本申请采用50Ω射频基带电缆,使整个电路结构的屏蔽抗干扰效果更好。
进一步的,所述信号处理电路和电源供电电路连接在电路模块盒内,所述电路模块盒为为金属外壳。本申请通过将电路模块盒设置为金属外壳,即可保证屏蔽层全覆盖,实现了屏蔽抗干扰的效果。
更进一步的,所述电路模块盒的输出电路和输入电路均采用SMA射频信号接头。
更进一步的,所述电路模块盒上连接有1X和10X的切换开关。本申请通过在电路模块盒上设置1X和10X开关,实现了扩大量程范围的效果。其中1X代表1倍,10X代表10倍。
综上所述,本发明相较于现有技术的有益效果是:
(1)本申请中的瞬态磁场测量系统使信号处理电路在接收到感应电动势信号之后,依次经过差动放大电路、高频滤波电路、积分电路、比例调节电路的处理之后得到磁场还原信号,再通过滤波器显示出来;通过采用线圈作为探头测量,避免了饱和的同时还简化了线路,而且该系统的器件之间通过屏蔽电缆连接,保证屏蔽层全覆盖,实现了屏蔽抗干扰的效果;
(2)本申请将电源供电电路设置为钮扣式电池的形式,降低了生产成本,也便于对电源供电电路进行更换,且更换方便,同时还能确保电池干净,避免信号受到外部电源污染,从而保证了采集的信号的质量,而且钮扣式电池体积小巧,便于与仪器配合,也便于携带;
(3)本申请将钮扣式电池的电压处理为±12V,12V的电压范围可以使采集信号范围更宽,抗干扰能力强,使其与整个系统电路的匹配度更高,对信号的处理更准确,进一步提高了整个系统对信号处理后得到的瞬态磁场的数据的精确性;
(4)本申请将比例调节电路采用0PA77芯片对信号进行处理,进一步提高了检测数据的准确性;
(5)本申请中的高频滤波电路首先经过双π型滤波电路对信号进行滤除之后,再经过单π型滤波电路对信号进一步滤除,经过两次滤波处理,能较好的滤除影响检测的谐波成分,经过实际电路检测,效果很好;
(6)本申请通过在塑料外壳或金属外壳内粘结屏蔽铝箔,即可保证屏蔽层全覆盖,实现了屏蔽抗干扰的效果;
(7)本申请通过在电路模块盒上设置1X和10X开关,实现了扩大量程范围的效果。
附图说明
图1是本发明中一种瞬态磁场测量系统中信号处理电路的原理示意图;
图2是本发明中一种瞬态磁场测量系统的原理示意图;
图3是本发明中一种瞬态磁场测量系统的结构示意图。
附图标记:1-线圈,2-屏蔽电缆,3-电路模块盒,4-BNC接头。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以以任何方式组合。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合图1-3和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
参照图1-3,本发明提供的一种瞬态磁场测量系统,包括通过屏蔽电缆2的探测线圈1、信号处理电路、BNC接头4连接的示波器,所述信号处理电连连接有电源供电电路,所述信号处理电路包括依次连接的差动放大电路、高频滤波电路、积分电路、比例调节电路,所述差动放大电路接收感应电动势并传输给高频滤波电路,所述高频滤波电路对输入信号处理后输入积分电路,积分电路对信号处理后传输给比例调节电路,比例调节电路输出的磁场还原信号通过示波器显示。
本技术方案的工作原理和过程如下:在使用时,启动电源供电电路,通过探测线圈1探测环境中磁场发生的变化,探测线圈1通过耦合的方式感受探测磁场中正弦波的变化,并根据变化后的探测磁场生成探测信号,然后将探测信号输送到信号处理电路,首先经过信号处理电路中的差动放大电路有效的放大直流信号,同时差动放大电路还能减小由于电源波动和晶体管随温度变化引起的零点漂移;经过差动放大电路的处理之后再将处理之后的信号输入高频滤波电路,由于电磁场的干扰项非常复杂,干扰可能来自于电路的周边环境,也可能来自于电路本身,所以进行滤波处理是必要的,经过高频滤波电路处理之后的信号再输送到积分电路中,通过积分电路对接收的信号进行处理之后,再将处理之后的信号传送给比例调节电路,通过比例调节电路设定不同的放大倍率,展宽了测量范围。
与传统的瞬态磁场测量系统相比,本申请中的瞬态磁场测量系统使信号处理电路在接收到感应电动势信号之后,依次经过差动放大电路、高频滤波电路、积分电路、比例调节电路的处理之后得到磁场还原信号,再通过滤波器显示出来;通过采用线圈1作为探头测量,避免了饱和的同时还简化了线路,而且该系统的器件之间通过屏蔽电缆2连接,保证屏蔽层全覆盖,实现了屏蔽抗干扰的效果。
实施例2
基于实施例1,参照图1-3,该实施例的电源供电电路包括钮扣式电池。
本申请将电源供电电路设置为钮扣式电池的形式,降低了生产成本,也便于对电源供电电路进行更换,且更换方便,同时还能确保电池干净,避免信号受到外部电源污染,从而保证了采集的信号的质量,而且钮扣式电池体积小巧,便于与仪器配合,也便于携带。
实施例3
基于实施例1,参照图1-3,该实施例的钮扣式电池的电压处理为±12V。
本申请将钮扣式电池的电压处理为±12V,12V的电压范围可以使采集信号范围更宽,使其与整个系统电路的匹配度更高,对信号的处理更准确,进一步提高了整个系统对信号处理后得到的瞬态磁场的数据的精确性。
实施例4
基于实施例1,参照图1-3,该实施例的比例调节电路采用OPA77芯片对信号进行处理。
本申请将比例调节电路采用OPA77芯片对信号进行处理,进一步提高了检测数据的准确性。
实施例5
基于实施例1,参照图1-3,该实施例的高频滤波电路由双π型滤波电路与单π型滤波电路组成。
本申请中的高频滤波电路首先经过双π型滤波电路对信号进行滤除之后,再经过单π型滤波电路对信号进一步滤除,经过两次滤波处理,能较好的滤除影响检测的谐波成分,经过实际电路检测,效果很好。
实施例6
基于实施例1,参照图1-3,该实施例的探线圈1为双层绕制结构。
实施例7
基于实施例1,参照图1-3,该实施例的屏蔽电缆2为50Ω射频基带电缆。
本申请采用50Ω射频基带电缆,使整个电路结构的屏蔽抗干扰效果更好。
实施例8
基于实施例1,参照图1-3,该实施例的信号处理电路和电源供电电路连接在电路模块盒3内,电路模块盒3为金属外壳。
本申请将电路模块盒3设置为金属外壳,即可保证屏蔽层全覆盖,实现了屏蔽抗干扰的效果。
实施例9
基于实施例1,参照图1-3,该实施例的电路模块盒3的输出电路和输入电路均采用SMA射频信号接头。
实施例10
基于实施例1,参照图1-3,该实施例的电路模块盒3上连接有1X和10X的切换开关。
本申请通过在电路模块盒3上设置1X和10X开关,实现了扩大量程范围的效果。其中1X代表1倍,10X代表10倍。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请技术方案构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种瞬态磁场测量系统,包括通过屏蔽电缆(2)连接的探测线圈(1)、信号处理电路、BNC接头(4)连接的示波器,所述信号处理电连连接有电源供电电路,其特征在于,所述信号处理电路包括依次连接的差动放大电路、高频滤波电路、积分电路、比例调节电路,所述差动放大电路接收感应电动势并传输给高频滤波电路,所述高频滤波电路对输入信号处理后输入积分电路,积分电路对信号处理后传输给比例调节电路,比例调节电路输出的磁场还原信号通过示波器显示。
2.根据权利要求1所述的一种瞬态磁场测量系统,其特征在于,所述电源供电电路包括钮扣式电池。
3.根据权利要求2所述的一种瞬态磁场测量系统,其特征在于,所述钮扣式电池的电压处理为±12V。
4.根据权利要求1所述的一种瞬态磁场测量系统,其特征在于,所述比例调节电路采用OPA77芯片对信号进行处理。
5.根据权利要求1所述的一种瞬态磁场测量系统,其特征在于,所述高频滤波电路由双π型滤波电路与单π型滤波电路组成。
6.根据权利要求1所述的一种瞬态磁场测量系统,其特征在于,所述探线圈(1)为双层绕制结构。
7.根据权利要求1所述的一种瞬态磁场测量系统,其特征在于,所述屏蔽电缆(2)为50Ω射频基带电缆。
8.根据权利要求1所述的一种瞬态磁场测量系统,其特征在于,所述信号处理电路和电源供电电路连接在电路模块盒(3)内,所述电路模块盒(3)为金属外壳。
9.根据权利要求8所述的一种瞬态磁场测量系统,其特征在于,所述电路模块盒(3)的输出电路和输入电路均采用SMA射频信号接头。
10.根据权利要求8所述的一种瞬态磁场测量系统,其特征在于,所述电路模块盒(3)上连接有1X和10X的切换开关。
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