CN115790672A - 一种极低频电磁波半双工磁传感系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种极低频电磁波半双工磁传感系统及方法，系统包括控制模块、天线模块、滤波模块以及接口转换模块；接口转换模块用于模数信号转化以及通过差分传输的方式传输信号。当控制模块写入命令信息时，获取待发送数据；按照极低频半双工驱动算法将待发送数据转化为数字信号，控制天线模块处于励磁状态，并将数字信号通过接口转换模块输送至天线模块进行励磁调控得到励磁信号；当读取命令信息时，控制天线模块处于互感状态，并获取天线模块接收的互感信号；将互感信号依次通过滤波模块以及接口转换模块转换成的数字信号；按照极低频半双工驱动算法读取数字信号以获取命令信息。解决不能在复杂环境下及屏蔽介质内外实时励磁和互感的问题。
Description
技术领域
本申请涉及励磁驱动技术领域，尤其涉及一种极低频电磁波半双工磁传感系统及方法。
背景技术
极低频(Extremely low frequency，ELF)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，被应用于资源勘测、地震预测、钻井遥测和潜艇通讯等领域，由于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，被主要应用于涡流检测，所述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。
由于极低频（ELF）在磁传感领域处于刚起步状态。虽然极低频（ELF）磁传感信号发射系统实现了基于控制器I/O端口直接控制极低频（ELF）励磁的功能，但还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半双工磁传感系统及方法，以解决不能在复杂环境下及屏蔽介质内外实时励磁和互感的问题。
为解决上述问题，第一方面，本申请提供一种极低频电磁波半双工磁传感系统，包括控制模块、天线模块、滤波模块以及接口转换模块；所述天线模块分别与所述滤波模块以及所述控制模块连接；所述接口转换模块分别与所述滤波模块、所述天线模块以及所述控制模块连接，所述接口转换模块用于模数信号转化，以及通过差分传输的方式传输信号；
所述控制模块被配置为：
当写入命令信息时，获取待发送数据；
按照极低频半双工驱动算法将所述待发送数据转化为数字信号，所述极低频半双工驱动算法用于根据码元包络内的码元数量、码元位置以及码元排列方式表达所述待发送数据，所述码元包络包括头码元、数据码元、校验码元、尾码元以及死区；
控制所述天线模块处于励磁状态，并将所述数字信号通过所述接口转换模块输送至所述天线模块进行励磁调控得到励磁信号，所述励磁信号用于使所述天线模块发送电磁波；
当读取命令信息时，控制所述天线模块处于互感状态，并获取所述天线模块接收的互感信号；
将所述互感信号依次通过所述滤波模块以及所述接口转换模块转换成的数字信号；
按照所述极低频半双工驱动算法读取所述数字信号，以获取所述命令信息。
上述方案可以通过对所述控制模块写入、读取命令，控制所述接口转换模块编码，所述滤波模块滤波，以及控制所述天线模块励磁互感，实现屏蔽介质内、外的极低频实时励磁互感。
可选的，所述天线模块包括天线本体、励磁单元以及互感单元；所述励磁单元和互感单元为一体结构，与所述天线本体相连接，用于通过控制数字信号实现对天线本体的直接控制。
可选的，所述天线模块还包括单点接地单元，所述单点接地单元用于将所述天线本体、所述励磁单元以及所述互感单元的接地端汇聚在同一个接地点。用于区分各种地，也可以有效限制环路电流，减少噪声对所述控制模块的干扰。
可选的，所述天线模块还包括切换控制单元，所述切换控制单元分别与所述天线本体、所述控制模块、所述励磁单元以及所述互感单元连接，用于切换所述天线本体状态。实现励磁与互感一体化，无需额外切换信号，仅用所述控制模块就能控制，方便快捷，使通信过程效率更高。
可选的，所述天线模块还包括电压跟随器，所述电压跟随器设置于所述天线模块内部，用于增加信号输入阻抗，降低信号输出阻抗，使前后级关联。
可选的，所述滤波模块为双选频滤波模块，用于将所述互感信号转化为两个极低频中心频率信号；所述两个极低频中心频率分别为第一频率和第二频率，所述第一频率不等于所述第二频率。可实现对极低频互感信号的高增益放大，并选出两个极低频中心频率点作为主频。
可选的，所述接口转换模块包括第一转换单元以及第二转换单元，所述第一转换单元与所述天线模块以及所述滤波模块连接，用于将所述励磁信号或所述互感信号转化成差分信号；所述第二转换单元与所述控制模块连接，用于将所述差分信号转换为数字信号。
可选的，所述头码元位于所述码元包络的头部，用于表示开始数据传输；所述数据码元位于所述码元包络的中部，用于表示传输的数据内容；所述校验码元位于所述数据码元后，用于校验数据码元的准确性；所述尾码元位于所述码元包络的尾部，用于表示终止数据传输；所述死区位于各个码元之间，用于维持时序的稳定。
可选的，所述控制模块还被配置为：
执行所述命令信息并生成对应的反馈数据；
按照极低频半双工驱动算法将所述反馈数据转化为数字信号；
控制所述天线模块处于励磁状态，并将所述数字信号通过所述接口转换模块输送至所述天线模块进行励磁调控得到励磁信号，所述励磁信号用于使所述天线模块发送电磁波。
上述方案可以通过所述命令信息生成对应的反馈数据并转化为数字信号进行励磁实现屏蔽区内外的实时双向通信。
第二方面，一种极低频电磁波双向磁传感方法，应用于所述极低频半双工磁传感系统，所述方法包括：
当写入命令信息时，获取待发送数据；
按照极低频半双工驱动算法将所述待发送数据转化为数字信号，所述极低频半双工驱动算法用于根据码元包络内的码元数量、码元位置以及码元排列方式表达所述待发送数据；
控制所述天线模块处于励磁状态，并将所述数字信号通过所述接口转换模块输送至所述天线模块进行励磁调控得到励磁信号，所述励磁信号用于使所述天线模块发送电磁波；
当读取命令信息时，控制所述天线模块处于互感状态，并获取所述天线模块接收的互感信号；
将所述互感信号通过所述接口转换模块转换成的所述数字信号；
按照所述极低频半双工驱动算法读取所述数字信号，以获取所述命令信息。
上述方法可以通过对所述控制模块写入、读取命令，控制所述接口转换模块编码，所述滤波模块滤波，以及控制所述天线模块励磁和互感，解决不能在复杂环境下及屏蔽介质内外实时励磁和互感的问题。
由以上技术方案可知，本申请提供一种极低频电磁波半双工磁传感系统及方法，所述系统包括控制模块、天线模块、滤波模块以及接口转换模块；所述天线模块分别与所述滤波模块以及所述控制模块连接；所述接口转换模块分别与所述滤波模块、所述天线模块以及所述控制模块连接，所述接口转换模块用于模数信号转化，以及通过差分传输的方式传输信号。当所述控制模块写入命令信息时，获取待发送数据；按照极低频半双工驱动算法将所述待发送数据转化为数字信号，所述极低频半双工驱动算法用于根据码元包络内的码元数量、码元位置以及码元排列方式表达所述待发送数据，所述码元包络包括头码元、数据码元、校验码元、尾码元以及死区；控制所述天线模块处于励磁状态，并将所述数字信号通过所述接口转换模块输送至所述天线模块进行励磁调控得到励磁信号，所述励磁信号用于使所述天线模块发送电磁波；当读取命令信息时，控制所述天线模块处于互感状态，并获取所述天线模块接收的互感信号；将所述互感信号依次通过所述滤波模块以及所述接口转换模块转换成的数字信号；按照极低频半双工驱动算法读取所述数字信号以获取所述命令信息。解决不能在复杂环境下及屏蔽介质内外实时励磁和互感的问题。
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为本申请实施例中一种极低频电磁波半双工磁传感系统的天线模块结构示意图；
图2为本申请实施例中一种极低频电磁波半双工磁传感系统的滤波模块结构示意图；
图3为本申请实施例中一种极低频电磁波半双工磁传感系统的接口转换模块结构示意图；
图4为本申请实施例中一种极低频电磁波半双工磁传感系统的主站与从站时序示意图；
图5为本申请实施例中一种极低频电磁波半双工磁传感系统的极低频码元包络及相应脉冲序列时序示意图；
图6为本申请实施例中一种极低频电磁波半双工磁传感系统流程示意图。
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。
为了便于理解本申请实施例的技术方案，在对本申请实施例的具体实施方式进行阐述说明之前，首先对本申请实施例所属技术领域的一些技术术语进行简单解释说明。
极低频：指频率由3Hz至30Hz，波长100,000公里至1,000,000公里的无线电波。
磁芯：为了增加电磁体的磁感应强度，在电感线圈的磁路中设置了导磁物质体。
线圈：线圈通常指呈环形的导线绕组，例如，马达、电感、变压器和环形天线等。
励磁：为发电机等利用电磁感应原理工作的电气设备提供工作磁场叫励磁。
同名端：若初级和次级绕线方向一致，则两线圈绕线的起始端（或终止端）互为同名端。其中，规定在矩形铁芯的两个对边分别绕制初级和次级，开始绕线时，两导线皆从观察者视角穿入铁芯为绕线方向一致。
互感：当一线圈中的电流发生变化时，在临近的另一线圈中产生感应电动势，叫做互感现象。
中心频率：通常定义为带通滤波器(或带阻滤波器)的两个3 dB点之间的中点，以算术平均来表示 。
单点接地：工作频率低（小于1MHz）的采用单点接地式，以防两点接地产生共地阻抗的电路性耦合。即把整个电路系统中的一个结构点看作接地参考点，所有对地连接都接到这一点上，并设置一个安全接地螺栓。
电压跟随器：电压放大倍数恒小于且接近1，其显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低。
差分信号：差分传输是一种信号传输的技术，区别于一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相等，相位相差180度，极性相反，所传信号就是差分信号。
数字信号：指自变量是离散的、因变量也是离散的信号，这种信号的自变量用整数表示，因变量用有限数字中的一个数字来表示。例如，数字信号可用有限位的二进制数表示，例如，字长为2位的二进制数可表示4种大小的数字信号，它们是00、01、10和11。
码元：用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为二进制码元。 而这个间隔被称为码元长度。
脉冲序列：指具有一定带宽一定幅度的射频脉冲与梯度脉冲组成的脉冲程序。
死区：有时也称为中性区（neutral zone）或不作用区，机械系统中死区的概念，如齿轮组中的背隙。
半双工：指在磁传感过程的任意时刻，信息既可由A传到B，又能由B传A，但只能由一个方向上的传输存在。采用半双工方式时，磁传感系统每一端的励磁电路和接收电路，通过收/发开关转换。
极低频信号能够穿透海水、岩石甚至金属等介质，被应用于资源勘测、地震预测、钻井遥测和潜艇通讯等领域。由于极低频无线电波可以穿透土壤、海水及金属管道，使得极低频无线电波在管道检测及管道内外通信等方面得以应用。
在一些实施例中，通过控制模块根据输入的指令产生周期脉冲信号，周期脉冲信号为周期性的电压信号，驱动模块用于对输入的周期脉冲信号进行驱动电压控制，得到驱动电压信号，天线励磁模块用于根据输入的驱动电压信号进行励磁调控，得到用于发射的磁传感信号。实现基于控制器I/O端口直接控制极低频励磁的功能，但还不能满足复杂作业工序的实时交互需求。
本申请提供一种极低频电磁波半双工磁传感系统及方法，以解决不能在复杂环境下及屏蔽介质内外实时励磁和互感的问题。
参见图1-图5，图1为一种极低频电磁波半双工磁传感系统的天线模块结构示意图；图2为一种极低频电磁波半双工磁传感系统的滤波模块结构示意图；图3为一种极低频电磁波半双工磁传感系统的接口转换模块结构示意图；图4为一种极低频电磁波半双工磁传感系统的主站与从站时序示意图；图5为一种极低频电磁波半双工磁传感系统的极低频码元包络及相应脉冲序列时序示意图。
本申请部分实施例中提供一种极低频电磁波半双工磁传感系统，包括控制模块、天线模块、滤波模块以及接口转换模块；天线模块分别与滤波模块以及控制模块连接；接口转换模块分别与滤波模块、天线模块以及控制模块连接，接口转换模块用于模数信号转化，以及通过差分传输的方式传输信号。
应当理解的是，当极低频无线电波在屏蔽区内外通信时，所述极低频半双工磁传感系统可分别作为主站或从站，在一些实施例中，主站只有一个，设置在屏蔽区外，从站可以有多个，设置在屏蔽区内。当主站对从站写入命令后，从站可通过极低频半双工磁传感系统进行实时获取命令信息及读取。
参见图6，图6为一种极低频电磁波半双工磁传感系统流程示意图。对于写入以及读取命令流程，其步骤包括：
S100：当主站/从站写入命令信息时，获取待发送数据；
S200：按照极低频半双工驱动算法将待发送数据转化为数字信号，极低频半双工驱动算法用于根据码元包络内的码元数量、码元位置以及码元排列方式表达待发送数据，码元包络包括头码元、数据码元、校验码元、尾码元以及死区；
S300：控制天线模块处于励磁状态，并将数字信号通过接口转换模块输送至天线模块进行励磁调控得到励磁信号，其中，励磁信号用于使天线模块发送电磁波；
S400：当从站/主站读取命令信息时，控制天线模块处于互感状态，并获取天线模块接收的互感信号；
S500：将互感信号依次通过滤波模块以及接口转换模块转换成的数字信号；
S600：按照极低频半双工驱动算法读取数字信号，以获取命令信息。
上述方案可以通过对控制模块写入、读取命令，控制接口转换模块编码，滤波模块滤波，以及控制天线模块励磁互感，实现屏蔽介质内、外的极低频实时励磁和互感。
应当理解的是，接口转换模块用于模数信号转化，以及通过差分传输的方式传输信号具体为实现单端TTL信号向差分信号的转换，再从差分信号变换为数字信号。
在一些实施例中，天线模块包括天线本体、励磁单元以及互感单元；励磁单元和互感单元为一体结构，与天线本体相连接。
应当理解的是，天线本体包括螺线管线圈以及磁芯，规定螺线管线圈上侧为绕线同名端，螺线管线圈下侧为绕线非同名端；在一些实施例中，磁芯为坡莫合金材质，坡莫合金具有高导磁率，使磁芯有效降低涡流损耗。
励磁单元和互感单元包括PMOS上管、天线本体、NMOS下管，励磁单元和互感单元为励磁、互感一体式设计，这种结构能缓解主、从站通讯时同频干扰并且无需另外引入硬件切换信号，起到简化硬件电路的作用。
在一些实施例中，天线模块还包括磁复位二极管D3，磁复位二极管D3与天线本体并联，用于当天线本体处于切换励磁状态与互感状态时完成磁复位。
如图1所示，当天线本体处于励磁状态时，信号流从电源5V依次经过PMOS上管PMOS本体、螺线管线圈同名端、NMOS下管、参考地GND；当天线本体处于互感状态时，信号流依次经过螺线管线圈同名端、滤波模块、螺线管线圈非同名端。
在一些实施例中，天线模块还包括单点接地单元，单点接地单元用于将天线本体、励磁单元以及互感单元的接地端汇聚在同一个接地点。
如图1所示，三个参考地_GND不直接相连地汇聚在同一个接地点并设置一个安全接地螺栓，用于区分各种地，也可以有效限制环路电流，减少噪声对控制模块的干扰。
在一些实施例中，天线模块还包括切换控制单元，切换控制单元分别与天线本体、控制模块、励磁单元以及互感单元连接，用于切换天线本体状态。实现励磁与互感一体化，无需额外切换信号，仅用控制模块就能控制，方便快捷，使通信过程效率更高。
应当理解的是，在一些实施例中，切换控制单元包括上拉电阻R0、栅极电阻Rg2、第二栅源电阻Rgs2、第一栅源电阻Rgs1以及NMOS上臂驱动管。上拉电阻R0初始化逻辑状态为“1”，以确保发、收状态准确；栅极电阻Rg2与第二栅源电阻Rgs2分压后得到NMOS上臂驱动管及NMOS下管的开关信号；第一栅源电阻Rgs1与NMOS上臂驱动管可联合控制PMOS上管的开关。
在另外一些实施例中，NMOS上臂驱动管可换为光耦驱动。
在一些实施例中，天线模块还包括电压跟随器OP_1，电压跟随器OP_1设置于励磁单元内部，用于增加信号输入阻抗，降低信号输出阻抗，使前后级关联。
在一些实施例中，滤波模块为双选频滤波模块，用于将互感信号转化为两个极低频中心频率信号；两个极低频中心频率分别为第一频率和第二频率，第一频率不等于第二频率。可实现对极低频互感信号的高增益放大，并选出两个极低频中心频率点作为主频。
如图2所示，在一些实施例中，第一频率和第二频率为12.5Hz和25Hz。
12.5Hz选频电路子级包括第一电阻R1_i、第二电阻R2_i、第三电阻R3_i、第一电容C1_i和第二电容C2_i，输入互感信号Vi_i经过第一电阻R1_i、第二电阻R2_i分压后，分别与第三电阻R3_i、第一电容C1_i和第二电容C2_i联合得到增益值、高阻频率值及低阻频率值的互感信号Vo_i；25Hz选频电路子级包括第四电阻R1_j、第五电阻R2_j、第六电阻R3_j、第三电容C1_j和第四电容C2_j，输入互感信号Vi_j经过第四电阻R1_j、第五电阻R2_j分压后，分别与第五电阻R3_j、第三电容C1_j和第四电容C2_j联合得到增益值、高阻频率值及低阻频率值的互感信号Vo_j。该电路将得到双驼峰形态频谱包络，中心频率点为12.5Hz与25Hz，其它频率分量将被衰减。并且充分利用12.5Hz较短传输延时的特点及两中心频率整数倍频的比例关系，为后续对脉冲序列的处理提供保障。
在另外一些实施例中，滤波模块可增加陷波滤波单元，对12.5Hz和25Hz之间频率进一步衰减。
在一些实施例中，接口转换模块包括第一转换单元以及第二转换单元，第一转换单元与天线模块以及滤波模块连接，用于将励磁信号以及互感信号转化成差分信号；第二转换单元与控制模块连接，用于将差分信号转换为数字信号。
如图3所示，励磁信号以及互感信号均为单端TTL信号，第一转换单元用于单端TTL信号Vs向差分信号的转换，电源5V经LDO后得到稳定低压，再经第一分压电阻R1、第二分压电阻R2分压后得到精密基准电压，再经过电压跟随器OP_2变为差分信号Vo-；单端TTL信号Vs经限流电阻R3及电压跟随器OP_3后直接变为修正差分信号Vo+，其中第一放大电阻R5与第二放大电阻R4构成比例因子，该比例因子将对基准信号与修正差分信号Vo+的差值进行放大。第二转换单元主要为差分信号经过光敏二极管最终转换为数字信号Vd。
例如：输入信号范围设定为[0，5]V，期望得到修正差分信号范围[-5，5]V，根据上述可推算出基准电压应为2.5V，设置比例因子，即第一放大电阻_R5与第二放大电阻_R4的比值，则比例因子应为2。电阻R6作为电压跟随器OP_2输入侧限流电阻，取可500Ω。
应当理解的是，如修改修正差分信号Vo+及差分信号Vo-的取值范围，相应则需修正限流电阻R6。
在一些实施例中，头码元位于码元包络的头部，用于表示开始数据传输；数据码元位于码元包络的中部，用于表示传输的数据内容；校验码元位于数据码元后，用于校验数据码元的准确性；尾码元位于码元包络的尾部，用于表示终止数据传输；死区位于各个码元之间，用于维持时序的稳定。
如图4所示，包含以下4部分，分别为：①处为主站写入、从站读取；②处为从站写入、主站读取；③处为第一死区，用于缓解主站传输延时对从站时序的影响；④处为第二死区，用于缓解从站传输延时对主站时序的影响。
如图5所示，码元包络BL共有12位码元，①、②处为1位头码元，当主站写入从站读取时，①处表示为主站开始传送，②处表示为从站开始接收。应当理解的是，其他码元也均分为前后两个区域，表示图4主站写入从站读取或从站写入主站读取的两种情况。头码元后为8位数字码元，用于表示传输的数据内容，其中⑤处为8位数据码元的第1位；⑥、⑦处为数据码元的2位校验码元，用于校验数据码元的准确性。⑧处为1位尾码元，用于表示终止数据传输。各码元之间均设置死区，如③处，用于维持时序的稳定。
在一些实施例中，分布于各码元内部的中前区域为12.5Hz脉冲序列，如①处，用于码元时序识别；分布于各码元内部的中后区域为25Hz脉冲序列，如②、④处，通过调整脉冲占空比可进一步区分头、尾码元及各数据位的逻辑状态。
在一些实施例中，参见图6，对于反馈命令流程，其步骤包括：
S700：执行命令信息并生成对应的反馈数据；
S800：按照极低频半双工驱动算法将反馈数据转化为数字信号；
S300：控制天线模块处于励磁状态，并将数字信号通过接口转换模块输送至天线模块进行励磁调控得到励磁信号。
其中，励磁信号用于使天线模块发送电磁波。
应当理解的是，主、从站根据系统任务需要，指令及状态的发送均为双向，并且可以进行循环。具体应用协议及数据位的定义可以灵活多样。
在一些实施例中从站可应用于屏蔽区内检测载体状态反馈，主站可应用于屏蔽区外系统指令输入。本案通过采用极低频半双工驱动算法，能完成指令信息与状态信息的实时磁传感交互，如传输的数据位中前4位为指令信息，后4位为状态信息，如图4所示，①为主站写入从站读取任务期间，主站主要是将数据位前4位指令信息发送至从站，而从站在②期间主要任务是将数据位后4位状态信息反馈至主站。
在本申请另一部分实施例中提供一种极低频电磁波双向磁传感方法，应用于极低频半双工磁传感系统，方法包括：
当写入命令信息时，获取待发送数据；
按照极低频半双工驱动算法将待发送数据转化为数字信号，极低频半双工驱动算法用于根据码元包络内的码元数量、码元位置以及码元排列方式表达待发送数据；
控制天线模块处于励磁状态，并将数字信号通过接口转换模块输送至天线模块进行励磁调控得到励磁信号，励磁信号用于使天线模块发送电磁波；
当读取命令信息时，控制天线模块处于互感状态，并获取天线模块接收的互感信号；
将互感信号通过接口转换模块转换成的数字信号；
按照极低频半双工驱动算法读取数字信号，以获取命令信息。
上述方法可以通过对控制模块写入、读取命令，控制接口转换模块编码，滤波模块滤波，以及控制天线模块励磁互感，实现在复杂环境下及屏蔽介质内外实时励磁和互感。
由以上技术方案可知，本实施例提供一种极低频电磁波半双工磁传感系统及方法，系统包括控制模块、天线模块、滤波模块以及接口转换模块；天线模块分别与滤波模块以及控制模块连接；接口转换模块分别与滤波模块、天线模块以及控制模块连接，接口转换模块用于模数信号转化，以及通过差分传输的方式传输信号。当控制模块写入命令信息时，获取待发送数据；按照极低频半双工驱动算法将待发送数据转化为数字信号，极低频半双工驱动算法用于根据码元包络内的码元数量、码元位置以及码元排列方式表达待发送数据，码元包络包括头码元、数据码元、校验码元、尾码元以及死区；控制天线模块处于励磁状态，并将数字信号通过接口转换模块输送至天线模块进行励磁调控得到励磁信号，励磁信号用于使天线模块发送电磁波；当读取命令信息时，控制天线模块处于互感状态，并获取天线模块接收的互感信号；将互感信号依次通过滤波模块以及接口转换模块转换成的数字信号；按照极低频半双工驱动算法读取数字信号以获取命令信息。解决不能在复杂环境下及屏蔽介质内外实时励磁和互感的问题。
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半双工磁传感系统，其特征在于，包括控制模块、天线模块、滤波模块以及接口转换模块；所述天线模块分别与所述滤波模块以及所述控制模块连接；所述接口转换模块分别与所述滤波模块、所述天线模块以及所述控制模块连接，所述接口转换模块用于模数信号转化，以及通过差分传输的方式传输信号；
所述控制模块被配置为：
当写入命令信息时，获取待发送数据；
按照极低频半双工驱动算法将所述待发送数据转化为数字信号，所述极低频半双工驱动算法用于根据码元包络内的码元数量、码元位置以及码元排列方式表达所述待发送数据，所述码元包络包括头码元、数据码元、校验码元、尾码元以及死区；
控制所述天线模块处于励磁状态，并将所述数字信号通过所述接口转换模块输送至所述天线模块进行励磁调控得到励磁信号，所述励磁信号用于使所述天线模块发送电磁波；
当读取命令信息时，控制所述天线模块处于互感状态，并获取所述天线模块接收的互感信号；
将所述互感信号依次通过所述滤波模块以及所述接口转换模块转换成的数字信号；
按照所述极低频半双工驱动算法读取所述数字信号，以获取所述命令信息。
2.根据权利要求1所述的一种极低频电磁波半双工磁传感系统，其特征在于，所述天线模块包括天线本体、励磁单元以及互感单元；所述励磁单元和互感单元为一体结构，与所述天线本体相连接。
3.根据权利要求2所述的一种极低频电磁波半双工磁传感系统，其特征在于，所述天线模块还包括单点接地单元，所述单点接地单元用于将所述天线本体、所述励磁单元以及所述互感单元的接地端汇聚在同一个接地点。
4.根据权利要求2所述的一种极低频电磁波半双工磁传感系统，其特征在于，所述天线模块还包括切换控制单元，所述切换控制单元分别与所述天线本体、所述控制模块、所述励磁单元以及所述互感单元连接，用于切换所述天线本体状态。
5.根据权利要求1所述的一种极低频电磁波半双工磁传感系统，其特征在于，所述天线模块还包括电压跟随器，所述电压跟随器设置于所述天线模块内部，用于增加信号输入阻抗，降低信号输出阻抗。
6.根据权利要求1所述的一种极低频电磁波半双工磁传感系统，其特征在于，所述滤波模块为双选频滤波模块，用于将所述互感信号转化为两个极低频中心频率信号；所述两个极低频中心频率分别为第一频率和第二频率，所述第一频率不等于所述第二频率。
7.根据权利要求1所述的一种极低频电磁波半双工磁传感系统，其特征在于，所述接口转换模块包括第一转换单元以及第二转换单元，所述第一转换单元与所述天线模块以及所述滤波模块连接，用于将所述励磁信号以及所述互感信号转化成差分信号；所述第二转换单元与所述控制模块连接，用于将所述差分信号转换为数字信号。
8.根据权利要求1所述的一种极低频电磁波半双工磁传感系统，其特征在于，所述头码元位于所述码元包络的头部，用于表示开始数据传输；所述数据码元位于所述码元包络的中部，用于表示传输的数据内容；所述校验码元位于所述数据码元后，用于校验数据码元的准确性；所述尾码元位于所述码元包络的尾部，用于表示终止数据传输；所述死区位于各个码元之间，用于维持时序的稳定。
9.根据权利要求1所述的一种极低频电磁波半双工磁传感系统，其特征在于，所述控制模块还被配置为：
执行所述命令信息并生成对应的反馈数据；
按照极低频半双工驱动算法将所述反馈数据转化为数字信号；
控制所述天线模块处于励磁状态，并将所述数字信号通过所述接口转换模块输送至所述天线模块进行励磁调控得到励磁信号，所述励磁信号用于使所述天线模块发送电磁波。
10.一种极低频电磁波半双工磁传感方法，其特征在于，应用于所述极低频半双工磁传感系统，所述方法包括：
当写入命令信息时，获取待发送数据；
按照极低频半双工驱动算法将所述待发送数据转化为数字信号，所述极低频半双工驱动算法用于根据码元包络内的码元数量、码元位置以及码元排列方式表达所述待发送数据；
控制所述天线模块处于励磁状态，并将所述数字信号通过所述接口转换模块输送至所述天线模块进行励磁调控得到励磁信号，所述励磁信号用于使所述天线模块发送电磁波；
当读取命令信息时，控制所述天线模块处于互感状态，并获取所述天线模块接收的互感信号；
将所述互感信号通过所述接口转换模块转换成的所述数字信号；
按照所述极低频半双工驱动算法读取所述数字信号，以获取所述命令信息。
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