CN113219386A - 一种用于脉冲磁化仪测量的脉冲磁化自动控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于脉冲磁化仪测量的脉冲磁化自动控制电路，包括：对电容电压进行测量调理的电容电压测量调理电路，将感应线圈测量得到的与脉冲磁场成比例的电压信号进行调理的脉冲磁场测量调理电路，将调理后的磁场信号和电容电压信号转换为数字量并串行传输到液晶显示屏的数据采集电路，以及将供电电源转换为电容电压测量调理、磁场测量调理电路、数据采集电路所需的模拟电源、数字电源、参考电压的电压转换电路。本发明的脉冲磁化仪测量与数据采集电路，实现了脉冲磁场和高压电容电压的实时测量、采集显示及充放电、充磁过程的自动化控制，满足了脉冲磁化仪实时监测和自动化控制的客观需求。
Description
技术领域
本发明涉及脉冲磁化测量与数据采集领域，具体为一种用于脉冲磁化仪测量的脉冲磁化自动控制电路。
背景技术
对于样品的磁化尤其是古地磁岩石样品的磁化，目前常用的方式之一为脉冲磁化方法。脉冲磁化的方法利用高压充放电电路对高压电容进行充电，充电电压达到目标值后接入螺线管线圈瞬时放电，螺线管内的脉冲电流产生脉冲磁场进而实现对样品的脉冲磁化。
脉冲磁化电容充电时间短、电压高，且属于强电危险设备，需要进行实时监测，此外，根据科学研究的需要，对样品施加的脉冲磁场也需要精确测量。如果手动调节充电电容电压目标值，由于时间滞后性，存在电容电压过冲，就需要反复调节充放电过程，大大降低了工作效率，此外，当磁化固有参数发生变化时，以磁化电容电压换算得到的脉冲磁场将不准确。故此需要一种具有充电电容电压实时测量、脉冲磁场高精度测量和脉冲磁化过程自动控制的电路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有充电电容电压实时测量、脉冲磁场高精度测量和脉冲磁化过程自动控制的电路，实现脉冲磁化过程操作安全，提高脉冲磁化工作效率，提供准确的脉冲磁场数据，为安全、高效、精密脉冲磁化仪的实现提供了重要基础。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于脉冲磁化仪测量的脉冲磁化自动控制电路，所述电路除测量线圈配置在一块印制板上，并安装在脉冲磁化仪机箱内，通过多路排线与脉冲磁化仪其他部件接口；
所述电路具体包括：将电容测量电压进行调理的电容电压测量调理电路，将感应线圈测量得到的与脉冲磁场成比例的电压信号进行调理的磁场测量调理电路，将调理后的电容电压信号和磁场电压信号转换为数字量并串行传输到微控制电路的数据采集电路，以及将供电电源转换为磁场测量调理电路、电容电压测量调理电路、数据采集电路所需的模拟电源、数字电源、参考电压的电压转换电路；所述电路与脉冲磁化仪其它部件的接口包括：供电电源、与电容电压成正比的电压信号、与脉冲磁场成比例的电压信号、充磁线圈编号开关信号、键盘通信信号、显示屏通信信号、充放电和充磁控制信号，并通过多路独立排线进行信号传输。
优选的，所述电容电压测量调理电路由电容分压电阻、缓冲器、隔离放大器、带偏置调节的一级滤波器和带限幅的二级滤波器组成。
优选的，所述隔离放大器接在所述缓冲器和带偏置调节的一级滤波器之间，形式是同相放大，实现高低电压电气隔离，并将隔离放大器输出的电压信号进行放大后接入后级滤波器。
优选的，所述脉冲磁场测量调理电路由测量线圈、缓冲器、可编程增益放大器、带偏置调节的一级滤波器和带限幅的二级滤波器组成。
优选的，所述测量线圈配置在充磁线圈的外圆周上，密绕两匝。
优选的，所述可编程增益放大器的两个控制端连接数据采集电路IO口，接收其输出的两路逻辑电平控制，进而选择实现输入电压信号的X1、X2、X5和X10倍率放大。
优选的，所述数据采集电路由带两路模拟开关的模数转换器、为MCU提供工作主频的有源晶振、程序及数据存储的外接串行FLASH、充放电和充磁驱动电路和进行数据读取和传输的MCU组成。
优选的，所述数据采集电路的两路模拟开关输出端和模数转化器的输入端共用一个引脚，两路模拟输入通道分别接入经调理后的电容测量电压和脉冲磁场电压，带两路模拟开关的模数转换器的数字接口形式为SPI串行接口，同时支持通道复用选择。
优选的，所述数据采集电路的MCU通过第一串行接口与所述带两路模拟开关的模数转换器接口，读取A/D转换二进制数据，并通过第二串口将读取的A/D转换数据传输到本地FLASH和外接显示屏。
优选的，所述电压转换电路通过隔离稳压器将供电电源转换为第一级正负模拟电源，通过稳压器将第一级正电源转换为第二级模拟电源，通过参考源将第二级模拟电源转换为参考电压，将通过磁珠的第一级电源由稳压源转换数字电源，分别通过磁珠将模拟电源地和数字电源地隔离。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的一种用于脉冲磁化仪测量的脉冲磁化自动控制电路，实现了脉冲磁场和高压电容电压的实时测量、采集显示及充放电、充磁过程的自动化控制，满足了脉冲磁化仪实时监测和自动化控制的客观需求。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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是本发明具体实施方式中的脉冲磁化仪测量与数据采集电路的组成框图；
图2是本发明具体实施方式中的电容电压测量调理电路框图；
图3是本发明具体实施方式中的脉冲磁场测量调理电路框图；
图4是本发明具体实施方式中的脉冲磁场测量线圈绕制示意图；
图5是本发明具体实施方式中的数据采集电路框图；
图6是本发明具体实施方式中的电压转换电路框图。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-6，本发明提供的一种实施例：图1是本发明的脉冲磁化仪测量与数据采集电路的组成框图。脉冲磁化仪测量与数据采集电路包括：电容电压测量调理电路1、磁场测量调理电路2、数据采集电路3和电压转换电路4。其中电容电压测量调理电路1可以直接测量电容两极电压并进行电压信号调理，磁场测量调理电路2可以将脉冲磁场信号转换为脉冲电压信号并进行电压信号调理，数据采集电路3可以分时高速采集经调理的电容电压和经调理的与脉冲磁场成比例的脉冲电压并以串行形式发送至显示屏，同时实现脉冲磁化过程的自动化控制。电压转换电路4将供电电源VCC转换为磁场测量调理电路、电容电压测量调理电路、数据采集电路所需的模拟电源±VA1和VA、数字电源VD及参考电压VREF。电容电压测量调理电路1、磁场测量调理电路2、数据采集电路3和电压转换电路4配置在一块印制板上，测量线圈安装在磁化线圈上，在脉冲磁化仪内部通过多路排线与供电电源、充电电容两极、充磁线圈、键盘、显示屏和充放电模块接口。
图2是本发明具体实施方式中的电容电压测量调理电路框图，电容电压分压测量5选用精密金属膜电阻，隔离放大器6在所述缓冲器和带偏置调节的一级滤波器之间，形式是同相放大，实现高低电压电气隔离，并将隔离放大器输出的电压信号进行放大后接入后级滤波器，滤波器7对调理输出信号进行低通滤波，输出滤除高频干扰的模拟电压信号，同时对输入采集的信号进行限压保护。
图3是本发明具体实施方式中的脉冲磁场测量调理电路框图，测量线圈8基于法拉第电磁感应定律测量脉冲磁场，输出与脉冲磁场成比例的脉冲电压信号，可编程增益放大器9的两个控制端连接数据采集电路IO口，接收其输出的两路逻辑电平控制，可选择实现输入电压信号的X1、X2、X5和X10倍率放大。
图4是本发明具体实施方式中的脉冲磁场测量线圈绕制示意图，测量线圈配置在充磁线圈的外圆周上，密绕两匝。
图5是本发明具体实施方式中的数据采集电路框图，数据采集电路的两路模拟开关10输出端和模数转化器11的输入端共用一个引脚，两路模拟输入通道分别接入经调理后的电容测量电压和脉冲磁场电压，带两路模拟开关的模数转换器的数字接口形式为SPI串行接口，同时支持通道复用选择，数据采集电路的MCU12通过第一串行接口与所述带两路模拟开关的模数转换器接口，读取A/D转换二进制数据，并通过第二串口将读取的A/D转换数据传输到本地FLASH和外接显示屏。
图6是本发明具体实施方式中的电压转换电路框图，电压转换电路通过隔离稳压器13将供电电源VCC转换为第一级正负模拟电源±VA1，通过稳压器14将第一级正模拟电源VA1转换为第二级模拟电源VA，通过参考源15将第二级模拟电源转VA换为参考电压VREF，将通过磁珠的第一级模拟电源由稳压器16转换数字电源VD，分别通过磁珠将模拟电源地GND1和数字电源地GND2隔离。本发明具体实施方式中的电压转换电路，模拟电源和数字电源、模拟电源地和数字电源地均隔离，可避免相互之间的影响。
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域技术人员根据实施例和附图公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明。因此，凡是采用本发明的设计思路和结构，做一些简单的变化或者更改的设计，都落入本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种用于脉冲磁化仪测量的脉冲磁化自动控制电路，其特征在于：
所述电路除测量线圈配置在一块印制板上，并安装在脉冲磁化仪机箱内，通过多路排线与脉冲磁化仪其他部件接口；
所述电路具体包括：将电容测量电压进行调理的电容电压测量调理电路，将感应线圈测量得到的与脉冲磁场成比例的电压信号进行调理的磁场测量调理电路，将调理后的电容电压信号和磁场电压信号转换为数字量并串行传输到微控制电路的数据采集电路，以及将供电电源转换为磁场测量调理电路、电容电压测量调理电路、数据采集电路所需的模拟电源、数字电源、参考电压的电压转换电路；
所述电路与脉冲磁化仪其它部件的接口包括：供电电源、与电容电压成正比的电压信号、与脉冲磁场成比例的电压信号、充磁线圈编号开关信号、键盘通信信号、显示屏通信信号、充放电和充磁控制信号，并通过多路独立排线进行信号传输。
2.根据权利要求1所述的一种用于脉冲磁化仪测量的脉冲磁化自动控制电路，其特征在于，所述电容电压测量调理电路由电容分压电阻、缓冲器、隔离放大器、带偏置调节的一级滤波器和带限幅的二级滤波器组成。
3.根据权利要求2所述的一种用于脉冲磁化仪测量的脉冲磁化自动控制电路，其特征在于，所述隔离放大器接在所述缓冲器和带偏置调节的一级滤波器之间，形式是同相放大，实现高低电压电气隔离，并将隔离放大器输出的电压信号进行放大后接入后级滤波器。
4.根据权利要求1所述的一种用于脉冲磁化仪测量的脉冲磁化自动控制电路，其特征在于，所述脉冲磁场测量调理电路由测量线圈、缓冲器、可编程增益放大器、带偏置调节的一级滤波器和带限幅的二级滤波器组成。
5.根据权利要求4所述的一种用于脉冲磁化仪测量的脉冲磁化自动控制电路，其特征在于，所述测量线圈配置在充磁线圈的外圆周上，密绕两匝。
6.根据权利要求4所述的一种用于脉冲磁化仪测量的脉冲磁化自动控制电路，其特征在于，所述可编程增益放大器的两个控制端连接数据采集电路IO口，接收其输出的两路逻辑电平控制，进而选择实现输入电压信号的X1、X2、X5和X10倍率放大。
7.根据权利要求1所述的一种用于脉冲磁化仪测量的脉冲磁化自动控制电路，其特征在于，所述数据采集电路由带两路模拟开关的模数转换器、为MCU提供工作主频的有源晶振、程序及数据存储的外接串行FLASH、充放电和充磁驱动电路和进行数据读取和传输的MCU组成。
8.根据权利要求1所述的一种用于脉冲磁化仪测量的脉冲磁化自动控制电路，其特征在于，所述数据采集电路的两路模拟开关输出端和模数转化器的输入端共用一个引脚，两路模拟输入通道分别接入经调理后的电容测量电压和脉冲磁场电压，带两路模拟开关的模数转换器的数字接口形式为SPI串行接口，同时支持通道复用选择。
9.根据权利要求7所述的一种用于脉冲磁化仪测量的脉冲磁化自动控制电路，其特征在于，所述数据采集电路的MCU通过第一串行接口与所述带两路模拟开关的模数转换器接口，读取A/D转换二进制数据，并通过第二串口将读取的A/D转换数据传输到本地FLASH和外接显示屏。
10.根据权利要求9所述的一种用于脉冲磁化仪测量的脉冲磁化自动控制电路，其特征在于，所述电压转换电路通过隔离稳压器将供电电源转换为第一级正负模拟电源，通过稳压器将第一级正电源转换为第二级模拟电源，通过参考源将第二级模拟电源转换为参考电压，将通过磁珠的第一级电源由稳压源转换数字电源，分别通过磁珠将模拟电源地和数字电源地隔离。
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