管道用低功耗高效磁信号发射装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子信息技术、电气工程及管道监测工程技术领域，特别涉及一种管 道用低功耗高效磁信号发射装置。
【背景技术】
[0002] 为了确保输油管道正常、安全地运行，需要定期利用智能机器人对管道进行清管 和检测工作。在管道作业中，智能机器人由于管道路线弯曲程度较大、管内沉积物太多可能 会产生卡堵现象，从而导致管道流量下降，甚至导致整条管道堵塞。因此，开发出一套可靠 的工具预测和判断智能机器人在管道内的运行状况是智能机器人发展的重要方向之一。磁 信号发射装置安装在智能机器人上，其外形应与智能机器人相匹配，不能超过一定尺寸。磁 信号发射装置一般要在管道内运行数天甚至数十天，需要有较低的能耗。此外，磁信号需要 穿过管壁、土壤等才能为配套的接收装置接收到，因此需要发射出较强的磁场。所以，开发 出一套便于安装、低功耗、发射磁场强度大的磁信号发射装置在整个示踪定位系统中具有 十分重要的意义。
[0003] 然而，现有的磁信号发射装置主要为正弦波振荡器，其频率稳定性差、发射磁场强 度小，不利于配套接收机的检测判决，而且工作时间短，不利于在管道内长时间的工作。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
[0005] 为此，本发明的目的在于提出一种管道用低功耗高效磁信号发射装置，该装置能 够在较低的电压水平下产生较高强度的磁场信号、且使用时间长，实现了低功耗、高效率的 电 -磁转换发射。
[0006] 为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种管道用低功耗高效磁信号发射装 置，包括：壳体；设置在所述壳体之中的电池组：设置在所述壳体之中的发射线圈；设置在 所述壳体之中的开关电路，所述开关电路与所述发射线圈相连；设置在所述壳体之中的驱 动电路，所述驱动电路与所述开关电路相连，用于根据控制电路输出的方波信号对所述开 关电路进行控制；所述控制电路，用于产生固定频率及占空比的方波信号，所述方波信号经 所述驱动电路控制所述开关电路的开断。
[0007] 根据本发明实施例的管道用低功耗高效磁信号发射装置，控制电路产生固定频率 的控制信号，控制信号驱动开关电路的开断，在发射线圈上产生主频为固定频率的三角波 电流，电流通过线圈在空间上产生固定频率的磁场信号，进而已知配套的接收机系统准确 判决所需要的磁感应强度及信噪比，根据实际工况设计发射装置的相关参数，使其磁感应 强度、工作时间等参数达到实际工况要求。换言之，该装置能够在较低的电压水平下产生较 高强度的磁场信号、且使用时间长，实现了低功耗、高效率的电-磁转换发射，并且该装置 结构简单、便于安装，适用范围广。
[0008] 另外，根据本发明上述实施例的管道用低功耗高效磁信号发射装置还可以具有如 下附加的技术特征：
[0009] 在一些示例中，所述发射线圈使用漆包线绕制而成，所述发射线圈使用硅钢片作 为铁芯，所述发射线圈的几何尺寸和等效的电感值根据管道工程工况要求设计确定。
[0010] 在一些示例中，所述发射线圈的电阻和电感通过以下公式确定：所述发射线圈的 电阻计算公式为：
【主权项】
1. 一种管道用低功耗高效磁信号发射装置，其特征在于，包括： 壳体； 设置在所述壳体之中的电池组： 设置在所述壳体之中的发射线圈； 设置在所述壳体之中的开关电路，所述开关电路与所述发射线圈相连； 设置在所述壳体之中的驱动电路，所述驱动电路与所述开关电路相连，用于根据控制 电路输出的方波信号对所述开关电路进行控制； 所述控制电路，用于产生固定频率及占空比的方波信号，所述方波信号经所述驱动电 路控制所述开关电路的开断。
2. 如权利要求1所述的管道用低功耗高效磁信号发射装置，其特征在于，所述发射线 圈使用漆包线绕制而成，所述发射线圈使用硅钢片作为铁芯，所述发射线圈的几何尺寸和 等效的电感值根据管道工程工况要求设计确定。
3. 如权利要求2所述的管道用低功耗高效磁信号发射装置，其特征在于，所述发射线 圈的电阻和电感通过以下公式确定： 所述发射线圈的电阻计算公式为：
其中，P °为漆包线的电导率，h为线圈的高度，R2为发射线圈的外径，R i为发射线圈的 内径，r为漆包线的半径； 所述发射线圈的电感计算公式为：
其中，Utl为真空磁导率，N为发射线圈的匝数，d为发射线圈的平均直径，Φ为查图后 所得参数，与发射线圈厚度/平均直径、发射线圈高度/平均直径有关。
4. 如权利要求2所述的管道用低功耗高效磁信号发射装置，其特征在于，所述控制电 路、开关电路、发射线圈中所涉及的信号频率，包括单片机产生的方波的频率、开关频率以 及发射磁信号的频率，为极低频或超低频，其中，极低频频率范围在3Hz~30Hz，超低频频 率范围在30Hz~300Hz。
5. 如权利要求1所述的管道用低功耗高效磁信号发射装置，其特征在于，所述电池组 包括为所述控制电路和所述驱动电路供电的第一电源，和为所述开关电路供电的第二电 源。
6. 如权利要求1所述的管道用低功耗高效磁信号发射装置，其特征在于，所述驱动电 路用于将单片机电路的逻辑电平转换为开关电路的逻辑电平。
7. 如权利要求1所述的管道用低功耗高效磁信号发射装置，其特征在于，所述开关电 路的拓扑结构为半桥逆变电路或全桥逆变电路，其中的开关元件采用MOSFET管。
8. 如权利要求1所述的管道用低功耗高效磁信号发射装置，其特征在于，所述壳体使 用钛合金，所述壳体尺寸设计由电池仓和线圈几何尺寸决定。
9. 如权利要求1所述的管道用低功耗高效磁信号发射装置，其特征在于，所述壳体包 括第一部和第二部，所述第一部和第二部之间密封连接。
【专利摘要】本发明提出一种管道用低功耗高效磁信号发射装置，包括：壳体；设置在壳体之中的电池组：设置在壳体之中的发射线圈；设置在壳体之中的开关电路，开关电路与发射线圈相连；设置在壳体之中的驱动电路，驱动电路与开关电路相连，用于根据控制电路输出的方波信号对开关电路进行控制；控制电路，用于产生固定频率及占空比的方波信号，方波信号经驱动电路控制开关电路的开断。本发明的装置能够在较低的电压水平下产生较高强度的磁场信号、且使用时间长，实现了低功耗、高效率的电-磁转换发射。
【IPC分类】F16L55-46, F16L101-30, F16L101-12
【公开号】CN104633388
【申请号】CN201410763743
【发明人】郭静波, 蔡雄, 胡铁华
【申请人】清华大学, 中机生产力促进中心
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2014年12月11日