一种电磁超声通信装置及方法与流程

本发明涉及超声波信号传输领域，具体涉及一种超声波穿金属通信装置。

背景技术：

金属壁通信如船体、管道等由于其特殊性，使传统的通信方法难以实现。在无线通信领域，射频通信由于集肤效应而难以穿过金属传输。采用电感耦合方式时，涡流损耗和磁滞损耗会影响信号的传递效率。所以普遍采用超声波通信的方式。

公开号为CN 103944646 A的中国专利《一种超声波穿金属通信装置》是采用传统的压电传感器制造的超声换能器，它的缺点是必须依赖于耦合剂和良好的表面处理，而且不能用于高温高压高速等环境，当金属表面受到腐蚀或者油漆等造成表面不光滑时不能达到理想的传输效果。所以应用非常有限。

技术实现要素：

本发明为一种电磁超声通信装置及方法，它采用尺寸相同的两圆柱形永磁体，分别置于金属壁两侧，确保两圆柱形永磁体的轴相互对准，垂直于金属壁表面；采用直径与永磁体相近的密集缠绕单层平面螺旋饼形漆包线线圈作为超声波的激发线圈和感应线圈，激发线圈置于发送信号一侧的金属壁与永磁体之间,感应线圈置于接收信号一侧的金属壁与另一永磁体之间；永磁体与线圈、线圈与金属壁之间间隙不超过1mm；超声波激发线圈连接发射信号处理单元，超声波感应线圈连接接收信号处理单元。

所述发射信号处理单元，包括H桥功率放大电路，驱动电路，现场可编程门阵列(FPGA)数据处理电路；H桥功率放大电路一端连接超声波激发线圈，H桥功率放大电路的另一端连接驱动电路，驱动电路的一端连接现场可编程门阵列(FPGA)数据处理电路。

所述接收信号处理单元包括仪表放大器，带通滤波器，A/D转换电路，现场可编程门阵列(FPGA)数据处理电路，仪表放大器一端与超声波接收线圈连接，仪表放大器另一端与带通滤波器连接，带通滤波器另一端与A/D转换电路连接，A/D转换电路另一端与现场可编程门阵列(FPGA)数据处理电路连接。

通过FPGA对传输数据进行相移键控调制转变为待发送信号，信号经放大后通过超声波激发线圈与超声波感应线圈穿过金属壁，再经放大滤波后传输至FPGA，FPGA对信号解调完成传输过程。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中发射信号处理单元的结构示意图。

图3为本发明中接收信号处理单元的结构示意图。

具体实施方式

结合图1所示采用尺寸相同的两圆柱形永磁体，分别置于金属壁两侧，确保两圆柱形永磁体的轴相互对准，垂直于金属壁表面；采用直径与永磁体相近的密集缠绕单层平面螺旋饼形漆包线线圈作为超声波的激发线圈和感应线圈，激发线圈置于发送信号一侧的金属壁与永磁体之间,感应线圈置于接收信号一侧的金属壁与另一永磁体之间；永磁体与线圈、线圈与金属壁之间间隙不超过1mm；超声波激发线圈连接发射信号处理单元，超声波感应线圈连接接收信号处理单元；图1中标号1、2、3、4分别代表发射信号处理单元、圆柱形永磁体、漆包线线圈、接收信号处理单元。

结合图2所示发射信号处理单元，包括H桥功率放大电路，驱动电路，现场可编程门阵列(FPGA)数据处理电路；H桥功率放大电路一端连接超声波激发线圈，H桥功率放大电路的另一端连接驱动电路，驱动电路的一端连接现场可编程门阵列(FPGA)数据处理电路；图2中标号6、7、8、3分别代表现场可编程门阵列(FPGA)数据处理电路、驱动电路、H桥功率放大电路、超声波激发线圈。

结合图3所示接收信号处理单元包括仪表放大器，带通滤波器，A/D转换电路，现场可编程门阵列(FPGA)数据处理电路，仪表放大器一端与超声波接收线圈连接，仪表放大器另一端与带通滤波器连接，带通滤波器另一端与A/D转换电路连接，A/D转换电路另一端与现场可编程门阵列(FPGA)数据处理电路连接；图3中标号4、9、10、11分别代表超声波接收线圈、仪表放大器、带通滤波器、A/D转换电路、现场可编程门阵列(FPGA)数据处理电路。

通过FPGA对传输数据进行相移键控调制转变为待发送信号，信号经放大后通过超声波激发线圈与超声波感应线圈穿过金属壁，再经放大滤波后传输至FPGA，FPGA对信号解调完成传输过程。