CN105182259A - 一种空间磁场强度分布式同步检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间磁场强度分布式同步检测装置及方法，该检测装置包括测磁节点阵列安装平面、测磁节点、以及控制终端。在测磁节点阵列安装平面上均匀分布n行m列个测磁节点，在每个测磁节点上都安装采样保持器，所有采样保持器的控制管脚都通过控制总线与控制终端连接，如此构成传感器阵列。本发明还公开了一种检测方法，控制终端给所有测磁节点发送一个同步采集信号，测磁节点上的采样保持器都处于保持状态，然后控制终端以高速轮询的方法依次采集各节点的磁场强度。本发明可以实现空间多点磁场强度的同步采集，具有实时性好、易拼接拓展等优点；此外，可以通过跳点采集来改变磁场检测分辨率，同时可以实现以较低的采样率检测高频磁场。

Description

一种空间磁场强度分布式同步检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种空间磁场强度分布式同步检测装置及方法，属于空间磁场强度测量技术领域。

背景技术

当前几乎任何技术领域都离不开磁场测量，以无线输电技术为例，现在主要都是利用磁场作为能量的传输通道。因此空间磁场的测量对无线输电***的研发具有重要的意义，尤其对磁共振耦合无线电能传输技术。

现在测量磁场的方法虽然很多，但是很少有专利与论文介绍如何实现空间多点磁场的同步采集。现有专利虽然有涉及磁场的分布式检测，但都存在不足。例如：《一种三维场强测试仪及多节点分布式场强测试装置》（授权公告号：CN204065245U），虽然在空间布置多个采集装置来进行分布式检测，但是既没有多点场强的同步采集的软硬件设计也没有给出采集节点阵列的结构设计，此外也未考虑多点如何组网以及电磁场的互相干扰等问题。《一种基于TMR磁场传感器阵列的涡流检测探头及其检测方法》（公开号：CNIO4407047A），虽然提高了探测线圈的灵敏度与检测效率，但也没有解决空间多点磁场的同步采集难题。《多点磁场强度测量仪》（授权公告号：CN203759229U），在一个正方体的六个面上对称表贴六个霍尔传感器，以此来检测空间多点磁场。但是该设计存在明显的缺陷：首先不可以实现六点的同步采集，其次采集节点数不可以增加，只能通过移动探头来检测空间其他位置的磁场，十分不方便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种空间磁场强度分布式同步检测装置及方法，通过构建一套传感器网络，实现空间多点磁感应强度的同步采集。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种空间磁场强度分布式同步检测装置，包括测磁节点阵列、控制终端，所述测磁节点阵列包括n行m列的测磁节点，n、m均为正整数，所述测磁节点包括依次连接的磁场传感器、信号调理电路、采样保持器、A/D转换电路和微处理器，所述采样保持器和微处理器分别与控制终端连接；

所述磁场传感器将磁场信号转换为电信号，并传送至信号调理电路，信号调理电路将电信号调理为电压信号传送至采样保持器，微处理器控制A/D转换电路采集采样保持器保持的电压信号并进行存储，控制终端将微处理器存储的电压信号读取出来并进行处理。

进一步的，该检测装置还包括测磁节点阵列安装平面，所述测磁节点阵列固定在所述测磁节点阵列安装平面的其中一面。

进一步的，该检测装置还包括支杆，所述测磁节点安装平面未安装测磁节点阵列的一面固定于支杆上。

优选的，所述测磁节点阵列安装平面的形状为正方形或长方形。

优选的，所述信号调理电路包括缓冲放大器和程控放大器，所述缓冲放大器的输入端与磁场传感器的输出端相连，缓冲放大器的输出端与程控放大器的输入端相连，程控放大器的输出端与采样保持器的输入端相连。

优选的，所述n、m均为6。

一种空间磁场强度分布式同步检测方法，利用如上所述空间磁场强度分布式同步检测装置实现，包括以下步骤：

步骤1，将测磁节点阵列中的每个测磁节点按所在阵列位置进行编号，每个测磁节点的编号为ij，i=1~n，j=1~m；

步骤2，选择当前需要工作的测磁节点，并向当前需要工作的测磁节点发送同步采集信号，使当前工作的测磁节点中的采样保持器处于保持状态，其他未工作的测磁节点中的采样保持器处于等待或停止状态；

步骤3，采样保持器将当前电压信号进行保持，采集被采样保持器保持住的电压信号并进行处理。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明空间磁场强度分布式同步检测装置及方法，在每个采集通道都加上采样保持器，并构建了一套传感器网络，实现了空间多点磁感应强度的同步采集，实时性好。

2、本发明空间磁场强度分布式同步检测装置及方法，检测装置的结构设计时预留了支杆，具有易拼接拓展等优点，并且可以通过跳点采集来改变磁场检测分辨率。

3、本发明空间磁场强度分布式同步检测装置及方法，检测装置的阵列式结构可以实现以较低的采样率来检测高频磁场，降低了对硬件采集电路的速度的要求。

附图说明

图1是本发明空间磁场强度分布式同步检测装置的结构图。

图2是本发明空间磁场强度分布式同步检测的组网框图。

图3是本发明检测装置中测磁节点的一种实现方式示意图。

图4是本发明检测装置中采样保持器的一种实现方式原理图。

其中：1为测磁节点阵列安装平面，2为测磁节点，3为支杆，4为总线，5为控制终端，6为磁场传感器，7为信号调理电路，8为采样保持器，9为A/D转换电路，10为微处理器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

如图1所示，一种空间磁场强度分布式同步检测装置包括测磁节点阵列安装平面1，测磁节点2，支杆3，总线4（包括控制总线、数据总线）以及控制终端5。

上述测磁节点2包含磁场传感器6、信号调理电路7、采样保持器8、A/D转换电路9、微处理器10。所述磁场传感器与信号调理电路相连，信号调理电路与采样保持器相连，采样保持器与A/D转换电路相连，A/D转换电路与微处理器相连。如图3所示，本实例中磁场传感器基于法拉第电磁感应定律，即通过感应线圈将磁信号转变为电信号。本实例通过在线圈两端串联小阻值的无感电阻R将感应电流转化为电压信号，送入后级的信号调理电路，调理之后送入采样保持器。

本实例中使用内置ADC的单片机实现ADC、微处理器的功能。本实例中将它们制成信号处理电路印制板。

本实例中信号调理电路包括基于OPA842的缓冲放大器、以及基于AD603的程控放大器。信号调理电路将上述磁场传感器线圈输出的微弱电信放大后送入采样保持器。如图4所示，本实例中采样保持器基于OPA615构建。

上述测磁节点阵列为多个相同的测磁节点，以n行m列方式均匀排列成传感器阵列，本实例中取n=m=6共36个测磁节点，相邻测磁节点之间的间距为13厘米。通过上述支杆将测磁节点阵列安装平面固定在测试底座上。本实例中控制终端通过485总线与上述传感器阵列连接。上述控制终端为基于LabVIEW开发的上位机软件。

如图2所示，一种空间磁场强度分布式同步检测方法，本实例实施包括如下步骤：

步骤A，首先将测磁节点阵列安装平面上的测磁节点按照顺序编号，并将测磁节点（11至nm）通过总线相连形成传感器阵列，要求总线上的测磁节点的编号都不相同；

步骤B，选择当前需要工作的测磁节点，来改变磁场检测的分辨率；

步骤C，控制终端通过485总线给测磁节点阵列发送一个同步采集信号；

步骤D，挂载在总线上的测磁节点同时接收到这个同步采集信号后，每个测磁节点的采样保持器处于保持状态；

步骤E，然后单片机控制ADC采集被保持住的电压信号，并存储下来；

步骤F，接着单片机控制采样保持器处于跟随状态，继续跟踪磁场信号的变化；

步骤G，最后控制终端通过485总线以高速轮询的方法依次读取出存储在微处理器中的场强数据，并进行后续的处理与显示；

步骤H，如果想要继续检测磁感应强度，返回步骤C，如此可实现空间磁场强度的连续同步采集；否则，所有测磁节点都处于等待状态或者停止工作。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种空间磁场强度分布式同步检测装置，其特征在于：包括测磁节点阵列、控制终端，所述测磁节点阵列包括n行m列的测磁节点，n、m均为正整数，所述测磁节点包括依次连接的磁场传感器、信号调理电路、采样保持器、A/D转换电路和微处理器，所述采样保持器和微处理器分别与控制终端连接；

所述磁场传感器将磁场信号转换为电信号，并传送至信号调理电路，信号调理电路将电信号调理为电压信号传送至采样保持器，微处理器控制A/D转换电路采集采样保持器保持的电压信号并进行存储，控制终端将微处理器存储的电压信号读取出来并进行处理。

2.如权利要求1所述空间磁场强度分布式同步检测装置，其特征在于：该检测装置还包括测磁节点阵列安装平面，所述测磁节点阵列固定在所述测磁节点阵列安装平面的其中一面。

3.如权利要求2所述空间磁场强度分布式同步检测装置，其特征在于：该检测装置还包括支杆，所述测磁节点安装平面未安装测磁节点阵列的一面固定于支杆上。

4.如权利要求2所述空间磁场强度分布式同步检测装置，其特征在于：所述测磁节点阵列安装平面的形状为正方形或长方形。

5.如权利要求1所述空间磁场强度分布式同步检测装置，其特征在于：所述信号调理电路包括缓冲放大器和程控放大器，所述缓冲放大器的输入端与磁场传感器的输出端相连，缓冲放大器的输出端与程控放大器的输入端相连，程控放大器的输出端与采样保持器的输入端相连。

6.如权利要求1所述空间磁场强度分布式同步检测装置，其特征在于：所述n、m均为6。

7.一种空间磁场强度分布式同步检测方法，利用如权利要求1所述空间磁场强度分布式同步检测装置实现，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，将测磁节点阵列中的每个测磁节点按所在阵列位置进行编号，每个测磁节点的编号为ij，i=1~n，j=1~m；

步骤2，选择当前需要工作的测磁节点，并向当前需要工作的测磁节点发送同步采集信号，使当前工作的测磁节点中的采样保持器处于保持状态，其他未工作的测磁节点中的采样保持器处于等待或停止状态；

步骤3，采样保持器将当前电压信号进行保持，采集被采样保持器保持住的电压信号并进行处理。