CN115790671A - 一种极低频电磁波全双工磁传感装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种极低频电磁波全双工磁传感装置及方法，所述装置包括控制器、第一天线模块、第二天线模块。第一天线模块和第二天线模块包括励磁单元、互感单元、线圈、磁芯和屏蔽层。控制器控制第一天线模块、第二天线模块处于异步励磁及异步互感状态；依次获取第一天线模块、第二天线模块待发送数据，通过移相延时后将该数据转化为异步励磁信号；发送异步励磁信号至第一、第二天线模块的励磁单元以产生异步励磁电流信号；通过第一、第二天线模块的线圈接收异步感应信号；对感应信号进行时钟校正后解析感应信号。所述装置可以同时进行数据的双向传输，能完成多种信息的实时磁传感交互，适用于屏蔽区内、外的双向通信，提高数据传输质量和传输速度。

Description

一种极低频电磁波全双工磁传感装置及方法

技术领域

本申请涉及极低频传感领域，尤其涉及一种极低频电磁波全双工磁传感装置及方法。

背景技术

极低频（Extremely low frequency）是指频率由3Hz至30Hz，波长100,000公里至1,000,000公里的无线电波，极低频信号能够穿透海水、岩石甚至金属等介质，可被应用于资源勘测、地震预测、钻井遥测和潜艇通讯等领域，极低频电磁波的传播损耗小，在大气中的衰减小于1dB/千公里。

极低频的在研方向主要为涡流检测，涡流检测是利用电磁感应原理，通过测定被检对象内感生涡流的变化来无损地评定导电材料及某些性能，用于探伤、材质分选、测厚、尺寸检测及物理量测量，如径向振幅、轴向位移及运动轨迹的测量等。对极低频技术的应用与研究，虽然充分利用极低频的穿透特性实现磁场强度的电信号转化及分析，并应用于探伤、测厚以及运动轨迹检测等场合，然而无法实现屏蔽区内、外的双向通信，不能满足复杂作业工序的实时交互需求。

发明内容

本申请提供一种极低频电磁波全双工磁传感装置及方法，以解决无法实现屏蔽区内外的双向通信和实时交互的问题。

本申请一方面提供一种极低频电磁波全双工磁传感装置，所述装置包括：控制器、第一天线模块、第二天线模块；其中，所述第一天线模块和第二天线模块包括励磁单元、互感单元、线圈、磁芯和屏蔽层；所述磁芯设置在所述线圈的内部，所述线圈设置在所述屏蔽层的内部；所述励磁单元和所述互感单元分别连接所述线圈，以使所述第一天线模块和所述第二天线模块分别处于励磁状态和互感状态；所述控制器分别与所述第一天线模块、所述第二天线模块的励磁单元相连；所述控制器被配置为：

控制所述第一天线模块处于励磁状态，通过移相延时后，控制所述第二天线模块处于励磁状态；

获取待发送数据；

按照极低频脉冲序列编码规则将所述待发送数据转化为励磁信号，所述极低频脉冲序列编码规则用于根据码元包络和脉冲序列表达所述待发送数据和接收数据；

发送所述励磁信号至所述第一天线模块、第二天线模块的所述励磁单元，以在所述第一天线模块、第二天线模块的所述线圈产生励磁电流信号；

通过所述第一天线模块、第二天线模块的所述线圈接收感应信号；所述感应信号为所述第一天线模块、第二天线模块的所述线圈感应产生的信号；

对所述感应信号进行时钟校正；

使用所述极低频脉冲序列编码规则解析所述校正后的感应信号，以获得接收数据。

可选的，所述码元包络包括头码元、尾码元、死区和数据包码元。

可选的，所述控制器还被配置为：

设置所述第一天线模块和所述第二天线模块处于异步励磁状态；

或者，设置所述第一天线模块和所述第二天线模块处于异步互感状态；

可选的，还包括励磁电流检测模块和模数转换模块，所述第一天线模块和所述第二天线模块的线圈分别依次通过所述励磁电流检测模块、所述模数转换模块与所述控制器相连；所述控制器被配置为：

获取励磁电流以及预设的电流阈值；

如果所述励磁电流大于或等于电流阈值，控制所述励磁单元停止产生励磁电流信号。励磁电流检测模块可对线圈的励磁电流进行实时检测，防止线圈过热烧毁，同时还能实时监测软件时序。

可选的，所述第一天线模块和所述第二天线模块还包括磁复位二极管，所述磁复位二极管与所述线圈并联，用于当所述线圈处于切换励磁状态与互感状态时完成磁复位。

可选的，还包括时钟基准模块和双选频滤波模块，所述第一天线模块和所述第二天线模块的互感单元依次通过所述双选频滤波模块、所述时钟基准模块与所述控制器相连。

可选的，所述双选频滤波模块包括第一天线模块滤波模块及第二天线模块滤波模块；所述第一天线模块滤波模块，用于为所述第一天线模块配置第一互感频段，并包含第一中心频率选频点和第二中心频率选频点；所述第二天线模块滤波模块，用于为所述第二天线模块配置第二频段，并包含第三中心频率选频点和第四中心频率选频点。

可选的，所述第一天线模块和所述第二天线模块还包括PMOS管以及NMOS管，所述PMOS管、所述NMOS管以及所述线圈构成半桥励磁电路，所述PMOS管和所述NMOS管用于控制所述线圈。

可选的，所述第一天线模块的线圈中轴线与所述第二天线模块的线圈中轴线互相垂直。

本申请另一方面提供一种极低频电磁波全双工磁传感方法，所述方法应用于极低频电磁波全双工磁传感装置，所述装置包括控制器、第一天线模块、第二天线模块；所述方法包括：

控制所述第一天线模块处于励磁状态，通过移相延时后，控制所述第二天线模块处于励磁状态；

获取待发送数据；

按照极低频脉冲序列编码规则将所述待发送数据转化为励磁信号，所述极低频脉冲序列编码规则用于根据码元包络和脉冲序列表达所述待发送数据和接收数据；

发送所述励磁信号至所述第一天线模块、第二天线模块的所述励磁单元，以在所述第一天线模块、第二天线模块的所述线圈产生励磁电流信号；

通过所述第一天线模块、第二天线模块的所述线圈接收感应信号；所述感应信号为所述第一天线模块、第二天线模块的所述线圈感应产生的信号；

对所述感应信号进行时钟校正；

使用所述极低频脉冲序列编码规则解析所述校正后的感应信号，以获得接收数据。

由以上技术方案可知，本申请首先提供一种极低频电磁波全双工磁传感装置，所述装置包括控制器、第一天线模块、第二天线模块；第一天线模块和第二天线模块包括励磁单元、互感单元、线圈、磁芯和屏蔽层。磁芯设置在线圈的内部，线圈设置在屏蔽层的内部，励磁单元和互感单元分别连接线圈，控制器与第一天线模块、第二天线模块相连。控制器被配置为：控制第一天线模块处于励磁状态，通过移相延时后，控制第二天线模块处于励磁状态；获取待发送数据后将该数据转化为励磁信号；发送励磁信号至第一天线模块的励磁单元以产生励磁电流信号；通过第一天线模块、第二天线模块的线圈接收异步感应信号；对感应信号进行时钟校正后接收感应信号。本申请还提供一种极低频电磁波全双工磁传感方法，所述方法应用于极低频电磁波全双工磁传感装置。所述装置可以同时进行数据的双向传输，能完成多种信息的实时磁传感交互，适用于屏蔽区内、外的双向通信，提高数据传输质量和传输速度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为极低频电磁波全双工磁传感装置天线模块示意图；

图2为选频放大单元示意图；

图3为选频放大网络示意图；

图4为主站与从站通信示意图；

图5为极低频励磁序列生成及互感脉冲序列识别示意图。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

极低频由于其良好的穿透能力，被应用于管道移动示踪定位、探伤、测厚以及运动轨迹检测等场合。例如在管道移动示踪定位时，管道内的机器人通过不断地移动，装在机器人上的信号发射机发射极低频单频磁场信号，该信号可穿透金属管道和土壤层到达地面的接收机。虽然充分利用了极低频信号的穿透特性来实现磁场强度的电信号转化及分析，但上述应用在工作过程中，无法实现屏蔽区内、外的双向通信。

为解决上述问题，第一方面，本申请提供一种极低频电磁波全双工磁传感装置，图1为极低频电磁波全双工磁传感装置天线模块示意图，如图1所示，本申请提供的极低频电磁波全双工磁传感装置包括控制器、第一天线模块和第二天线模块。本申请中，将第一天线模块视为1#，第二天线模块视为2#，为了便于理解，将控制器与图1中的天线模块称为主站，与从站进行通信。显然，极低频电磁波全双工磁传感装置也可作为从站，与主站进行通信。

第一天线模块和第二天线模块包括励磁单元、互感单元、线圈、磁芯和屏蔽层，控制器分别连接第一天线模块、第二天线模块的励磁单元，磁芯设置在线圈的内部，线圈设置在屏蔽层的内部。为了增加线圈的磁感应强度，故在第一天线模块1#线圈和第二天线模块2#线圈的内部各设置磁芯，本实施例中，磁芯的材质为坡莫合金。第一天线模块1#线圈和第二天线模块2#线圈的外部均设置屏蔽层，屏蔽层采用高磁导率材质，可使轴向垂直的1#线圈与2#线圈之间，避免各自的磁感线发生互相干扰，从而达到磁屏蔽目的。本实施例中，屏蔽层的材质也为坡莫合金。为了最大限度降低两个线圈磁路干扰，第一天线模块的线圈中轴线与第二天线模块的线圈中轴线互相垂直设置。

励磁单元和互感单元分别与线圈相连，使第一天线模块和第二天线模块处于异步励磁或异步互感状态。如图1所示，第一天线模块的励磁单元包括上拉电阻R1、运算放大器（运放）OP_1电压跟随器、栅极电阻Rg5、栅源电阻Rgs7、栅源电阻Rgs9、NMOS上臂驱动管VT1。上拉电阻R1用于初始化逻辑状态为“1”，以确保励磁、互感状态准确；运放OP_1电压跟随器提供高输入阻抗及低输出阻抗，使前后级可靠关联；栅极电阻Rg5与栅源电阻Rgs7分压后得到NMOS上臂驱动管及NMOS管VT3的开关信号；栅源电阻Rgs9与NMOS上臂驱动管VT1联合控制PMOS管VT2的开关。

第二天线模块的励磁单元包括上拉电阻R2、由运放U_2及电阻R3、Rf4构成的反相比例放大器、栅极电阻Rg6、栅源电阻Rgs8、栅源电阻Rgs10、NMOS上臂驱动管VT4。上拉电阻R2用于初始化逻辑状态为“0”，以确保励磁、互感状态准确；反相比例放大器具有放大输入信号并反相输出的功能；栅极电阻Rg6与栅源电阻Rgs8分压后得到NMOS上臂驱动管及NMOS管VT6的开关信号；栅源电阻Rgs10与NMOS上臂驱动管VT4联合控制PMOS管VT5的开关。

第一天线模块和第二天线模块还包括PMOS管以及NMOS管，PMOS管、NMOS管以及线圈构成半桥励磁电路，PMOS管、NMOS管用来控制线圈。半桥结构是两个功率开关器件（如MOS管）以图腾柱的形式相连接，以中间点作为输出，来提供方波信号的结构。如图1所示，PMOS管VT2与NMOS管VT3为1#线圈的半桥励磁联锁开关，PMOS管VT5与NMOS管VT6为2#线圈的半桥励磁联锁开关。NMOS管VT1、VT4分别为1#、2#线圈半桥励磁电路上臂的驱动开关。

第一天线模块和第二天线模块的线圈可连接两个出线端，形成互感单元。互感单元输出的V1+、V1-为1#线圈的互感电压信号，V2+、V2-为2#线圈的互感电压信号。

在一些实施例中，第一天线模块和第二天线模块还包括励磁电流检测模块和模数转换模块。励磁电流检测模块分别与第一天线模块和第二天线模块的励磁单元相连。励磁电流检测模块通过浮地测量方式对各线圈的励磁电流进行实时检测，可实现各线圈励磁电流的可控性。如图1所示，运放U_3、电阻R11、电容C1及浮地点FG1组成1#线圈的励磁电流检测模块，运放U_4、电阻R12、电容C2及浮地点FG2组成2#线圈的励磁电流检测模块，分别将各自线圈中的励磁电流信号转变为电压信号，并输出至模数转换模块。

模数转换模块用来进行模拟信号和数字信号的相互转化，以模拟信号转化为数字信号为例，模数转换模块可以对模拟信号进行采集，然后量化成编码为二进制的数字信号。线性光耦是一种用于模拟信号隔离的光耦器件，可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性，从而达到实现线性隔离的目的。如图1所示，上述第一天线模块经励磁电流检测模块转变的电压信号，经过电阻R13、线性光耦_OP1、上拉电阻R15转变为以GND为参考点的数字信号后，接入控制器数字信号输入接口AI_0。浮地点FG1电联结至1#线圈出线端，作为电源VC5-1的参考地。上述第二天线模块经励磁电流检测模块转变的电压信号，经过电阻R14、线性光耦_OP2、上拉电阻R16转变为以GND为参考点的数字信号后，接入控制器数字信号输入接口AI_1。浮地点FG2电联结至2#线圈出线端，作为电源VC5-2的参考地。

控制器接收到上述数字信号后，即可对励磁电流值进行判断，是否超过预设的电流阈值，如果励磁电流大于或等于电流阈值，控制励磁单元停止产生励磁电流信号，以防线圈中电流过大导致线圈过热，烧坏线圈。

如图1所示，第一天线模块和第二天线模块还包括磁复位二极管，Df1、Df2分别为1#、2#线圈磁复位二极管，磁复位二极管Df1与1#线圈并联，磁复位二极管Df2与2#线圈并联，用于当线圈处于切换励磁状态与互感状态时完成磁复位。

在一些实施例中，第一天线模块和第二天线模块还包括双选频滤波模块和时钟基准模块。第一天线模块和第二天线模块的互感单元依次通过双选频滤波模块、时钟基准模块与控制器相连。双选频滤波模块可对互感线圈接收信号进行选频放大，由于各线圈ELF频率不发生重叠，便于后续软件分析。中心频率为带通滤波器的两个3dB点之间的中点，以算术平均来表示。双选频滤波模块包括第一天线模块滤波模块及第二天线模块滤波模块；第一天线模块滤波模块，用于为所述第一天线模块配置第一互感频段，并包含第一中心频率选频点和第二中心频率选频点；第二天线模块滤波模块，用于为所述第二天线模块配置第二频段，并包含第三中心频率选频点和第四中心频率选频点。

图2为选频放大单元示意图，如图2所示，第一电阻R1_i、第二电阻R2_i、第三电阻R3_i，第一电容C1_i、第二电容C2_i及运放U1_i构成第一中心频率选频点，电阻第四电阻R4_i、第五电阻R5_i、第六电阻R6_i，第三电容C3_i、第四电容C4_i及运放U2_i构成第二中心频率选频点。

如图3所示，图3为选频放大网络示意图，图2即为图3虚线框位置的选频放大单元，图3的虚线框位置即为双选频滤波模块。将图2的选频放大单元看成一级，图1中，1#线圈输出的互感电压信号V1+、V1-经图3中STAGE1-1至STAGE1-N方式级联，得到第一中心频率选频点及第二中心频率选频点，再经过由电阻Rc1-1、Rc1-2及比较器CMP_1组成的时钟基准模块校正，得到输出信号Vout1传送给控制器；2#线圈输出的互感电压信号V2+、V2-经图3中STAGE2-1至STAGE2-N方式级联，得到第三中心频率选频点及第四中心频率选频点，再经过由电阻Rc2-1、Rc2-2及比较器CMP_2组成的时钟基准模块校正，得到输出信号Vout2传送给控制器。时钟基准模块作为双选频滤波模块与控制器接口之间的过渡，用以对电路中的共模干扰进行抑制。

控制器可设置第一天线模块和第二天线模块的工作状态包括两种，即设置第一天线模块和第二天线模块处于异步励磁状态；或设置第一天线模块和第二天线模块处于异步互感状态。此驱动方式即为全双工驱动。

本实施例中，第一天线模块与第二天线模块被设置为异步励磁状态或异步互感状态。控制器被配置为：控制第一天线模块处于励磁状态，通过移相延时后，控制第二天线模块处于励磁状态；获取待发送数据；按照极低频脉冲序列编码规则将待发送数据转化为励磁信号，极低频脉冲序列编码规则用于根据码元包络和脉冲序列表达所述待发送数据和接收数据；发送所述励磁信号至所述第一天线模块、第二天线模块的所述励磁单元，以在所述第一天线模块、第二天线模块的所述线圈产生励磁电流信号；通过所述第一天线模块、第二天线模块的所述线圈接收感应信号；所述感应信号为所述第一天线模块、第二天线模块的所述线圈感应产生的信号；对感应信号进行时钟校正；解析校正后的感应信号，以获得接收数据。即可实现数据的双向传输。

为了更好的说明本方案，下述说明中引入从站，从站与主站具有完全相同的配置，由控制器、第一天线模块和第二天线模块组成。将从站的第一天线模块视为1#，第二天线模块视为2#。为确保传感信号的稳定可靠及传感距离的最大化，主站1#与从站1#、主站2#与从站2#之间尽可能保证平行。如图4所示，图4为主站与从站通信示意图，由控制器发出数字信号后，可使主、从之间进行双向通信。

主站内，由控制器发出的数字信号转变为两路励磁信号，即1#励磁_Vt1+、2#励磁_Vt2+，1#励磁信号经过运放U_1构成的电压跟随器后电压不变，而2#励磁信号经过反相比例放大器后，逻辑取反。Vref为参考电压，可取2.5V。主站1#与从站1#、主站2#与从站2#线圈励磁信号为控制器互锁（或软件互锁），体现为主、从站之见读写状态互斥，且通过增加死区来解决传输延时带来的读写冲突问题。主站1#与主站2#、从站1#与从站2#线圈之间励磁时序通过移相来控制，即利用1#线圈励磁信号的频率切换时刻控制2#线圈的励磁使能。

如图5所示，图5为极低频励磁序列生成及互感脉冲序列识别示意图，为得到图5中①和④的移相关系，需移相控制：当“主站1#写W”置1状态且“主站1#写W”频率由f1变为f2，其中f1、f2分别对应1#频段内的2个频率，如f1为27Hz，f2为30Hz。当“主站2#写W”置1状态且“主站2#写W”频率由f3变为f4，其中f3、f4分别对应2#频段内的2个频率，如f3为20Hz，f4为23Hz。通过移相可以控制同一个ELF传感装置中的1#、2#线圈在任意时刻发收频率不相同，且励磁重叠时间较短，结合线圈磁屏蔽外层，可避免主站内的两个线圈产生同频干扰的情况。需要说明的是，读状态时天线处于互感状态，写状态时天线处于励磁状态。

如图5所示，第一中心频率选频点在图5中体现在①和④过程，即分别为主站1#线圈和主站2#线圈写状态的前半周期，对应的频率分别为f1=27Hz和f3=20Hz。第二中心频率选频点在图5中体现在②和⑤过程，即分别为主站1#线圈和主站2#线圈写状态的后半周期，对应的频率分别为f2=30Hz和f4=23Hz。各线圈工作于互感模式时，所匹配的滤波模块也有所区别，体现在滤波模块的中心频率及带宽。两组双选频滤波模块输出的电压信号经过时钟基准模块进行校正，能够消除电路中的共模干扰，最后进入控制器的通用输入接口。

主站1#与从站1#、主站2#与从站2#应分别采用两种不同的ELF频段，如27~30Hz与20~23Hz，且为进一步区分，如图5，主站1#波形中①采用27Hz，②采用30Hz；主站2#波形中，④采用20Hz，⑤采用23Hz，因此主站1#、2#线圈励磁重叠区域，频段差异实现最大化，利于后续滤波及控制器处理。

根据主、从站各线圈的励磁及互感顺序，主站与从站可分解为以下4种工作状态，主站1#写W状态、从站1#写W状态、主站2#写W状态及从站2写W状态。其中主站1#写W状态与从站1#写W状态利用软件协议实现互锁，确保主、从站之间一方写的同时，另一方必须处于读的状态，死区③用于解决从站1#读取主站1#写W状态信号延迟问题。主站2#写W状态与从站2#写W状态利用软件协议实现互锁，确保主、从站之间一方写的同时，另一方必须处于读的状态，死区⑥用于解决从站2#读取主站2#写W状态信号延迟问题。

由于控制器只能处理数字信号，故输入和输出的信号均为数字信号，数字信号的大小常用有限位的二进制数表示。控制器内设置有极低频脉冲序列编码规则，极低频脉冲序列编码规则包括码元包络和脉冲序列，码元包络包括头码元、尾码元、死区和数据包码元。图5中⑦~⑩为码元包络波形，其中⑦、⑧一般定义为头、尾码元，⑨为死区，⑩为数据包码元。图5中脉冲序列_PS1及脉冲序列_PS2示意了不同频段下码元包络下脉冲的区别，本申请中实际会用到2个频道，细分为4个频率，分别为f1、f2、f3及f4，对应4种脉冲序列。图中①、②、④及⑤中根据需求可采用任意数量的码元包络周期，对于本申请，需要⑦~⑩至少一组完整波形来读取主、从站的信号，采用多组波形可以增强ELF磁传感的冗余性，但相应会延长传感周期。

通过上述实施例可知，通过采用全双工驱动，可使主站、从站1#线圈读的同时，可使主站、从站2#线圈用来写，即主站、从站1#线圈用于交互屏蔽区内外两系统的分析数据或寄存器状态的同时，主站、从站2#线圈用于交互系统间指令及响应，或上传其它传感器的工作状态，实现屏蔽区内、外多种信息同时交互。

本申请的部分实施例中还提供一种极低频电磁波全双工磁传感方法，该方法可应用于上述实施例提供的极低频电磁波全双工磁传感装置，装置包括控制器、第一天线模块、第二天线模块，第一天线模块和第二天线模块包括天线本体、励磁单元和互感单元。该方法包括：控制所述第一天线模块处于励磁状态，通过移相延时后，控制所述第二天线模块处于励磁状态；获取待发送数据；按照极低频脉冲序列编码规则将待发送数据转化为励磁信号，极低频脉冲序列编码规则用于根据码元包络和脉冲序列表达待发送数据和接收数据；发送所述励磁信号至所述第一天线模块、第二天线模块的所述励磁单元，以在所述第一天线模块、第二天线模块的所述线圈产生励磁电流信号；通过所述第一天线模块、第二天线模块的所述线圈接收感应信号；所述感应信号为所述第一天线模块、第二天线模块的所述线圈感应产生的信号；对感应信号进行时钟校正；解析校正后的感应信号，以获得接收数据。

通过上述实施例，本申请提供一种极低频电磁波全双工磁传感装置及方法，所述装置包括控制器、第一天线模块、第二天线模块。第一天线模块和第二天线模块包括励磁单元、互感单元、线圈、磁芯和屏蔽层。磁芯设置在线圈的内部，线圈设置在屏蔽层的内部；励磁单元和互感单元分别连接线圈；控制器分别与第一天线模块、第二天线模块相连。控制器控制第一天线模块、第二天线模块处于异步励磁状态或异步互感状态；获取待发送数据后将待发送数据转化为励磁信号；发送所述励磁信号至所述第一天线模块、第二天线模块的所述励磁单元，以在所述第一天线模块、第二天线模块的所述线圈产生励磁电流信号；通过所述第一天线模块、第二天线模块的所述线圈接收感应信号；所述感应信号为所述第一天线模块、第二天线模块的所述线圈感应产生的信号；对感应信号进行时钟校正；解析校正后的感应信号，以获得接收数据。通过采用上述方法，极低频电磁波全双工磁传装置可以同时进行数据的双向传输，能完成多种信息的实时磁传感交互，适用于屏蔽区内外双向通信，提高数据传输质量和传输速度。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种极低频电磁波全双工磁传感装置，其特征在于，所述装置包括：控制器、第一天线模块、第二天线模块；其中，所述第一天线模块和第二天线模块包括励磁单元、互感单元、线圈、磁芯和屏蔽层；所述磁芯设置在所述线圈的内部，所述线圈设置在所述屏蔽层的内部；所述励磁单元和所述互感单元分别连接所述线圈，以使所述第一天线模块和所述第二天线模块处于异步励磁状态或异步互感状态；所述控制器分别与所述第一天线模块、所述第二天线模块的励磁单元相连；所述控制器被配置为：

控制所述第一天线模块处于励磁状态，通过移相延时后，控制所述第二天线模块处于励磁状态；

获取待发送数据；

按照极低频脉冲序列编码规则将所述待发送数据转化为励磁信号，所述极低频脉冲序列编码规则用于根据码元包络和脉冲序列表达所述待发送数据和接收数据；

发送所述励磁信号至所述第一天线模块、第二天线模块的所述励磁单元，以在所述第一天线模块、第二天线模块的所述线圈产生励磁电流信号；

通过所述第一天线模块、第二天线模块的所述线圈接收感应信号；所述感应信号为所述第一天线模块、第二天线模块的所述线圈感应产生的信号；

对所述感应信号进行时钟校正；

使用所述极低频脉冲序列编码规则解析所述校正后的感应信号，以获得接收数据。

2.根据权利要求1所述的一种极低频电磁波全双工磁传感装置，其特征在于，所述码元包络包括头码元、尾码元、死区和数据包码元。

3.根据权利要求1所述的一种极低频电磁波全双工磁传感装置，其特征在于，所述控制器还被配置为：

设置所述第一天线模块和所述第二天线模块处于异步励磁状态；

或者，设置所述第一天线模块和所述第二天线模块处于异步互感状态。

4.根据权利要求1所述的一种极低频电磁波全双工磁传感装置，其特征在于，还包括励磁电流检测模块和模数转换模块，所述第一天线模块和所述第二天线模块的线圈分别依次通过所述励磁电流检测模块、所述模数转换模块与所述控制器相连；

所述控制器被配置为：

获取励磁电流以及预设的电流阈值；

如果所述励磁电流大于或等于电流阈值，控制所述励磁单元停止产生励磁电流信号。

5.根据权利要求1所述的一种极低频电磁波全双工磁传感装置，其特征在于，所述第一天线模块和所述第二天线模块还包括磁复位二极管，所述磁复位二极管与所述线圈并联，用于当所述线圈处于切换励磁状态与互感状态时完成磁复位。

6.根据权利要求1所述的一种极低频电磁波全双工磁传感装置，其特征在于，还包括时钟基准模块和双选频滤波模块，所述第一天线模块和所述第二天线模块的互感单元依次通过所述双选频滤波模块、所述时钟基准模块与所述控制器相连。

7.根据权利要求6所述的一种极低频电磁波全双工磁传感装置，其特征在于，所述双选频滤波模块包括第一天线模块滤波模块及第二天线模块滤波模块；所述第一天线模块滤波模块，用于为所述第一天线模块配置第一互感频段，并包含第一中心频率选频点和第二中心频率选频点；所述第二天线模块滤波模块，用于为所述第二天线模块配置第二频段，并包含第三中心频率选频点和第四中心频率选频点。

8.根据权利要求1所述的一种极低频电磁波全双工磁传感装置，其特征在于，所述第一天线模块和所述第二天线模块还包括PMOS管以及NMOS管，所述PMOS管、所述NMOS管以及所述线圈构成半桥励磁电路，所述PMOS管和所述NMOS管用于控制所述线圈。

9.根据权利要求1所述的一种极低频电磁波全双工磁传感装置，其特征在于，所述第一天线模块的线圈中轴线与所述第二天线模块的线圈中轴线互相垂直。

10.一种极低频电磁波全双工磁传感方法，其特征在于，应用于极低频电磁波全双工磁传感装置，所述装置包括控制器、第一天线模块、第二天线模块；所述方法包括：

控制所述第一天线模块处于励磁状态，通过移相延时后，控制所述第二天线模块处于励磁状态；

获取待发送数据；

按照极低频脉冲序列编码规则将所述待发送数据转化为励磁信号，所述极低频脉冲序列编码规则用于根据码元包络和脉冲序列表达所述待发送数据和接收数据；

发送所述励磁信号至所述第一天线模块、第二天线模块的所述励磁单元，以在所述第一天线模块、第二天线模块的所述线圈产生励磁电流信号；

通过所述第一天线模块、第二天线模块的所述线圈接收感应信号；所述感应信号为所述第一天线模块、第二天线模块的所述线圈感应产生的信号；

对所述感应信号进行时钟校正；

使用所述极低频脉冲序列编码规则解析所述校正后的感应信号，以获得接收数据。

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