CN219225055U - 长距离传输的磁通门传感器和测磁系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种长距离传输的磁通门传感器和测磁系统，其中，磁通门传感器与上位机通过测磁电缆连接，磁通门传感器包括：第一壳体，第一壳体中设置有敏感元件，激励电路和输出调制电路，其中，输出调制电路包括运算放大电路和与运算放大电路连接的模/数转换电路和电压/电流转换电路；模/数转换电路的输出端和电压/电流转换电路的输出端通过测磁电缆分别与上位机连接，以使上位机对模/数转换电路输出的第一检测信号和电压/电流转换电路输出的第二检测信号进行比较以得到传感器检测信号。采用电流传输和数字信号传输的冗余传输方式，在上位机可以利用电流信号的相位对数字信号比较，保证接收到的信号的准确性，实现可靠的长距离传输。

Description

长距离传输的磁通门传感器和测磁系统

技术领域

本申请涉及电缆技术领域，尤其涉及一种长距离传输的磁通门传感器和测磁系统。

背景技术

磁通门传感器通过磁目标引起的地磁变化对待探测物体进行探测与定位，在应用于水下场景时，能够有效克服光、雷达和声波等探测手段在水下探测与定位中存在的不足。

磁通门传感器就是利用某些高磁导率的软磁材料(如坡莫合金)作磁芯，以其一起在交流磁场作用下的次饱和特性及法拉第电磁感应原理研制成的测磁装置。当交变电流流过该原边线圈时，磁芯反复被交变过饱和励磁所磁化，当有外磁场存在时，励磁变得不对称，输出信号受到外磁场的调制。通过检测输出的调制信号就可以实现对外磁场的测量。

而磁通门传感器的输出的模拟信号往往为毫伏级别电压信号，若要进行远距离传输，则需要对电压进行处理。

现有的处理方式往往是将模拟信号转化为数字信号，进行传输，然而，在较深的海底，传输距离可能会达到几千米，由于线路距离增加，可能会存在线路电容、阻抗不匹配等因素导致数字信号畸变，进而导致检测信号不准。

因此，如何对磁通门传感器的检测信号进行远距离传输成为亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本申请提供了一种长距离传输的磁通门传感器和测磁系统，以解决如何对磁通门传感器的检测信号进行远距离传输的技术问题。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种长距离传输的磁通门传感器，所述磁通门传感器与上位机通过测磁电缆连接，所述磁通门传感器包括：第一壳体，所述第一壳体中设置有敏感元件，激励电路和输出调制电路，其中，所述输出调制电路包括运算放大电路和与所述运算放大电路连接的模/数转换电路和电压/电流转换电路；所述模/数转换电路的输出端和所述电压/电流转换电路的输出端通过所述测磁电缆分别与所述上位机连接，以使所述上位机对模/数转换电路输出的第一检测信号和所述电压/电流转换电路输出的第二检测信号进行比较以得到传感器检测信号。

可选地，所述模/数转换电路包括电压/频率转换电路；所述电压/频率转换电路包括电压/频率转换芯片，在所述电压/频率转换芯片的输出信号幅值引脚与地之间连接有可调电阻。

可选地，所述电压/电流转换电路包括运算放大器和三极管，所述运算放大器的同相输入端分别与所述放大电路输出端和偏置电压端连接，所述运算放大器的输出端与所述基极连接，所述三极管的发射极通过反馈电阻接地，且所述三极管的发射极与所述运算放大器的反相端连接；所述三极管的集电极作为所述电压/频率转换电路输出端。

可选地，还包括输出电流补偿电路；所述输出电流补偿电路的输入端接入第一基准电压，所述输出电流补偿电路的输出端与所述电压/电流转换电路中的运算放大器的反相输入端连接，用于对第一检测信号进行电流补偿。

可选地，所述输出电流补偿电路包括第一电阻，所述第一电阻的第一端作为所述输出电流补偿电路的输入端，所述第一电阻的第二端作为所述输出电流补偿电路的输出端。

可选地，所述第一壳体包括测磁电缆接口，所述测磁电缆接口包括滤波连接器。

可选地，还包括第二壳体，所述第二壳体内设置有供电电源，在所述第一壳体和所述第二壳体通过电源线连接，用于对所述敏感元件进行供电。

根据第二方面，本申请实施例提供了一种长距离传输的测磁系统，包括上述第一方面任意一项所述的磁通门传感器和与所述磁通门传感器连接的测磁电缆，以及与所述测磁电缆连接的上位机；所述上位机与所述测磁电缆的连接端包括数/模转换电路和电流/电压转换电路，输入端分别通过所述测磁电缆与所述磁通门传感器的模/数转换电路和电压/电流转换电路连接；输出端分别与上位机连接；所述上位机对所述数/模转换电路和电流/电压转换电路输出的模拟信号进行比较，得到传感器检测信号。

可选地，所述上位机包括模拟信号波形比较电路，用于比较所述数/模转换电路和电流/电压转换电路输出的模拟信号的波形。

可选地，所述测磁电缆包括线芯，包裹所述线芯的绝缘层，包裹所述绝缘层的屏蔽层；在所述测磁电缆连接所述上位机的一端设置有串联谐振电路，串联在临近的两路电芯的屏蔽层之间。

在本申请中，电流信号不易受线路压降，杂散热电偶，接触电势，电压噪声等影响，且，在低频或直流时，更易与干扰形成区别，不存在相移，且，电流信号易转换成电压信号。而线路上可能存在电感，尤其是对于长距离传输的线路，电抗可能比电阻要打，因此，长距离传输时可能会导致电流信号的衰减，导致电流信号的幅值过小，后续难以进行准确的转还和利用，然而，传输过程中电流信号不会移相，因此，采用电流传输和数字信号传输的冗余传输方式，在上位机上可以利用电流信号的相位对数字信号比较和校验，保证接收到的信号的准确性，实现可靠的长距离传输。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

为了更清楚地说明本实用新型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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本申请实施例的一种可选的长距离传输的磁通门传感器的结构示意图；

图2是根据本申请实施例的一种可选的电压/频率转换电路的结构示意图；

图3是根据本申请实施例的一种可选的电压/电流转换电路的结构示意图；

图4是根据本申请实施例的一种可选的长距离传输的磁通门传感器的结构示意图；

图5是根据本申请实施例的一种可选的长距离传输的测磁系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

根据本申请的一个方面，提出了一种长距离传输的磁通门传感器，参见图1所示，所述磁通门传感器100与上位机300通过测磁电缆200连接，其特征在于，所述磁通门传感器100包括：第一壳体10，所述第一壳体10中设置有敏感元件20，激励电路30和输出调制电路40，其中，所述输出调制电路40包括运算放大电路41和与所述运算放大电路41连接的模/数转换电路和电压/电流转换电路；所述模/数转换电路的输出端和所述电压/电流转换电路的输出端通过所述测磁电缆200分别与所述上位机300连接，以使所述上位机300对模/数转换电路输出的第一检测信号和所述电压/电流转换电路输出的第二检测信号进行比较以得到传感器检测信号。

在本实施例中，本实用新型实施例中，磁通门传感器100的敏感元件20一般采用低电压供电，其最小输出信号的电平接近零电平，通过运算放大电路41可以将敏感元件20输出信号中的直流偏置和交流分量分别放大，为电压/电流转换电路和模/数转换电路提供有效的输入。而由于以电压方式长距离传输模拟信号时，信号源电阻或传输线路的电阻等会引起电压衰减，信号接收端的输入电阻越低，电压衰减越大，为了避免信号在传输过程中的衰减，将模拟信号转化为数字信号进行传输，然而，数字信号可能会受到传输线路的电容的影响，在脉冲信号传输的过程中，电容会存在充电和放电的过程，引起脉冲信号的上升沿和下降沿变坏，进而导致信号畸变。长距离传输，若线路阻抗，信号源阻抗和负载阻抗不匹配时，会引起反射现象，导致数字信号在上升沿和下降沿出出现过冲，在负载输入端产生非法电平过度，导致信号错误。

在本实施例中，采用电流传输和数字信号传输的冗余传输方式，在上位机300上利用电流信号对数字信号做校验和复合，进而保证长距离传输时，传输的信号的准确性。

在本实施例中，电流信号不易受线路压降，杂散热电偶，接触电势，电压噪声等影响，且，在低频或直流时，更易与干扰形成区别，不存在相移，且，电流信号易转换成电压信号。而线路上可能存在电感，尤其是对于长距离传输的线路，电抗可能比电阻要打，因此，长距离传输时可能会导致电流信号的衰减，导致电流信号的幅值过小，后续难以进行准确的转还和利用，然而，传输过程中电流信号不会移相，因此，可以利用电流信号的相位对数字信号比较和校验，保证接收到的信号的准确性，实现可靠的长距离传输。

作为示例性的实施例，上位机300中可以在接收到模/数转换电路输出的信号和电压/电流转换电路输出的信号后，对信号的相似度进行判断，示例性的，可以将数字信号转化为模拟信号后，将模拟信号的相位与电流信号的相位做匹配，进而确定数字信号传输是否准确。在本实施例中，对于上位机300中信号的比较，可以采用现有技术中的相位或波形比较方式，在本实施例中不做限制。

作为示例性的实施例，所述模/数转换电路包括电压/频率转换电路；

所述电压/频率转换电路包括电压/频率转换芯片，在所述电压/频率转换芯片的输出信号幅值引脚与地之间连接有可调电阻。在本实施例中个，模数转换电路可以采用电压/频率转换电路，可以采用D/A转换模块，在本实施例中，以电压/频率转换电路为例进行说明：

电压/频率转换电路可以通过运放、比较器及单稳态电路等组合来实现，也可以使用专用集成电路，比如LM131/231/331和AD654等实现。在本实施例中，如图2所示，可以采用LM131专用集成电路实现，在本实施例中，在所述电压/频率转换芯片的输出信号幅值引脚与地之间连接有可调电阻Rs。由于元器件与标称值存在误差，在电路参数基本确定后，通过调节可调电阻Rs的电阻值。可以实现所需电压/频率线性变换。

作为示例性的实施例，如图3所示，所述电压/电流转换电路包括运算放大器U1和三极管，所述运算放大器U1的同相输入端分别与所述放大电路输出端和偏置电压端连接，所述运算放大器U1的输出端与所述基极连接，所述三极管的发射极通过反馈电阻Rw接地，且所述三极管的发射极与所述运算放大器U1的反相端连接；所述三极管的集电极作为所述电压/频率转换电路输出端。

其中，运算放大器U1起比较器作用，将正相端电压输入信号与反相端电压V-进行比较，经运算放大器U1放大后再经三极管放大。由运放性质可知：

V-＝Ie·Rw＝(1+k)Ib·Rw

其中，Ie为发射极电流；k为三级管的放大倍数；Ib为基极电流；Rw为反馈电阻；

输出电流Io，即三极管的集电极电流等于k·Ib。令R1＝R2，则有

V0+Vm＝V+＝V-＝(1+k)Ib·Rw＝(1+1/k)Io·Rw

其中k>>1，所以Io≈(Vo+Vin)/Rw。

由上述分析可见，输出电流Io的大小在偏置电压和反馈电阻RwRw为定值时，与输入电压Vin成正比，而与负载电阻R的大小无关，说明了电路良好的恒流性能。

作为示例性的实施例，磁通门传感器100还包括输出电流补偿模块，输出电流补偿模块的输入端接入第一基准电压，输出电流补偿模块的输出端与电压电流转换电路中的运算放大器U1的反相输入端连接，用于依据第一基准电压生成对应的补偿电流，并输入到电压电流转换模块中以对其输出电流信号进行补偿。

具体的，输出电流补偿模块包括第一电阻，第一电阻的第一端作为输出电流补偿模块的输入端，第一电阻的第二端作为输出电流补偿模块的输出端。

作为示例性的实施例，如图4所示，磁通门传感器100还包括第二壳体，所述第二壳体内设置有供电电源，在所述第一壳体10和所述第二壳体通过电源线连接，用于对所述敏感元件20进行供电。将敏感元件20设置在第一壳体10内，将电源设置在第二壳体内，以将电源和敏感元件20隔离，防止电源对敏感元件20的影响，提升输出信号的质量，进一步提升长距离传输的信号的准确性。

在本实施例中，在第一壳体10与测磁电缆200的接口采用滤波连接器(图中未示出)，可以有效防止电缆上的干扰噪声传输至第一壳体10内，并且，还可以进一步对输出的信号进行去噪滤波。在本实施例中，滤波连接器可以为C型滤波器和PI型滤波器，陶瓷管状电容和连接器外壳壳体一体，安装在第一壳体10上。

本申请还提供了一种长距离传输的测磁系统，参见图5所示，包括上述第一方面描述的磁通门传感器100，与所述磁通门传感器100连接的测磁电缆200，以及与所述测磁电缆200连接的上位机300。

所述上位机300与所述测磁电缆200的连接端包括数/模转换电路和电流/电压转换电路，输入端分别通过所述测磁电缆200与所述磁通门传感器100的模/数转换电路和电压/电流转换电路连接；输出端分别与上位机300连接；

所述上位机300对所述数/模转换电路和电流/电压转换电路输出的模拟信号进行比较，得到传感器检测信号。

所述上位机300包括模拟信号波形比较电路，用于比较所述数/模转换电路和电流/电压转换电路输出的模拟信号的波形。

上位机300中可以在接收到模/数转换电路输出的信号和电压/电流转换电路输出的信号后，对信号的相似度进行判断，示例性的，可以将数字信号转化为模拟信号后，将模拟信号的相位与电流信号的相位做匹配，进而确定数字信号传输是否准确。在本实施例中，对于上位机300中信号的比较，可以采用现有技术中的相位或波形比较方式，在本实施例中不做限制。

所述测磁电缆200包括线芯，包裹所述线芯的绝缘层，包裹所述绝缘层的屏蔽层；在所述测磁电缆200连接所述上位机300的一端设置有串联谐振电路400，串联在临近的两路电芯的屏蔽层之间。

每个测磁电缆的线芯外层包裹屏蔽层，用于屏蔽其他线芯或电缆的干扰，然而，测磁电缆由于电流的磁效应会在屏蔽层上感应出电流，尤其是对于共地的线芯，即便是将屏蔽层接地，临近的线芯也会因为屏蔽层上感应出的电流而受到干扰，通过在所述测磁电缆连接所述上位机的一端设置有串联谐振电路，能够使屏蔽层感应出的电流经过串联谐振电路，在串联谐振电路的电感和电容周期性的充放电过程中，会逐渐消耗屏蔽层感应出的电流，使得屏蔽层上感应的电流通过串联谐振电路损耗，从而减少测线芯之间的串扰，提高测磁电缆传递信息的准确性。

作为示例性的实施例，在所述测磁电缆连接所述上位机的一端和/或测磁电缆连接磁通门传感器的一端还设置有隔离滤波器，设置于所述线芯之间。减小公共阻抗干扰。

作为示例性的实施例，隔离滤波器可以为电磁干扰信号滤波器，例如，可以为用于多芯电缆的连接滤波器。该滤波连接器可以为测磁电缆与磁传感器的外壳，测磁电缆与信号接收端的外壳连接处的带有电磁干扰信号滤波器的连接器，可以有效屏蔽电缆上的高频信号。

至此，已经结合前文的多个实施例描述了本申请的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本申请的保护范围并不仅限于这些具体实施例。在不偏离本申请技术原理的前提下，本领域技术人员可以对上述各个实施例中的技术方案进行拆分和组合，也可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，凡在本申请的技术构思和/或技术原理之内所做的任何更改、等同替换、改进等都将落入本申请的保护范围之内。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种长距离传输的磁通门传感器，所述磁通门传感器与上位机通过测磁电缆连接，其特征在于，所述磁通门传感器包括：第一壳体，所述第一壳体中设置有敏感元件，激励电路和输出调制电路，其中，

所述输出调制电路包括运算放大电路和与所述运算放大电路连接的模/数转换电路和电压/电流转换电路；

所述模/数转换电路的输出端和所述电压/电流转换电路的输出端通过所述测磁电缆分别与所述上位机连接，以使所述上位机对模/数转换电路输出的第一检测信号和所述电压/电流转换电路输出的第二检测信号进行比较以得到传感器检测信号。

2.如权利要求1所述的磁通门传感器，其特征在于，所述模/数转换电路包括电压/频率转换电路；

所述电压/频率转换电路包括电压/频率转换芯片，在所述电压/频率转换芯片的输出信号幅值引脚与地之间连接有可调电阻。

3.如权利要求1所述的磁通门传感器，其特征在于，所述电压/电流转换电路包括运算放大器和三极管，所述运算放大器的同相输入端分别与所述放大电路输出端和偏置电压端连接，所述运算放大器的输出端与所述三极管的基极连接，所述三极管的发射极通过反馈电阻接地，且所述三极管的发射极与所述运算放大器的反相端连接；

所述三极管的集电极作为所述电压/频率转换电路输出端。

4.根据权利要求1所述的磁通门传感器，其特征在于，还包括输出电流补偿电路；

所述输出电流补偿电路的输入端接入第一基准电压，所述输出电流补偿电路的输出端与所述电压/电流转换电路中的运算放大器的反相输入端连接，用于对第一检测信号进行电流补偿。

5.根据权利要求4所述的磁通门传感器，其特征在于，所述输出电流补偿电路包括第一电阻，所述第一电阻的第一端作为所述输出电流补偿电路的输入端，所述第一电阻的第二端作为所述输出电流补偿电路的输出端。

6.如权利要求1所述的磁通门传感器，其特征在于，所述第一壳体包括测磁电缆接口，所述测磁电缆接口包括滤波连接器。

7.如权利要求1所述的磁通门传感器，其特征在于，还包括第二壳体，所述第二壳体内设置有供电电源，在所述第一壳体和所述第二壳体通过电源线连接，用于对所述敏感元件进行供电。

8.一种长距离传输的测磁系统，其特征在于，包括如权利要求1-7任意一项所述的磁通门传感器和与所述磁通门传感器连接的测磁电缆，以及与所述测磁电缆连接的上位机；

所述上位机与所述测磁电缆的连接端包括数/模转换电路和电流/电压转换电路，输入端分别通过所述测磁电缆与所述磁通门传感器的模/数转换电路和电压/电流转换电路连接；输出端分别与上位机连接；

所述上位机对所述数/模转换电路和电流/电压转换电路输出的模拟信号进行比较，得到传感器检测信号。

9.如权利要求8所述的长距离传输的测磁系统，其特征在于，所述上位机包括模拟信号波形比较电路，用于比较所述数/模转换电路和电流/电压转换电路输出的模拟信号的波形。

10.如权利要求8所述的测磁系统，其特征在于，所述测磁电缆包括线芯，包裹所述线芯的绝缘层，包裹所述绝缘层的屏蔽层；

在所述测磁电缆连接所述上位机的一端设置有串联谐振电路，串联在临近的两路电芯的屏蔽层之间。

Images