一种多路并行磁场信号的采集和传输系统及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种多路并行磁场信号的采集和传输系统，包括：信号处理模块、并行信号切换模块、信号多路采集模块和信号传输和处理模块。信号处理模块捕捉磁场信号，将磁场信号转换成电信号及放大和调理电信号；并行信号切换模块控制电信号的逻辑处理、对地信号释放和切换信号通道得到多路复用电信号；信号多路采集模块对多路复用电信号进行采样得到多路信号采样数据；信号传输和处理模块传输多路信号采样数据至计算机。本发明通过并行采集和多路复用的办法，利用磁场传感器的线阵采集磁场信号并传输给计算机系统，用于更高精度和更大测量范围地分析特定被测目标的复杂磁信号特征。本发明还公开了一种多路并行磁场信号的采集和传输方法。
【专利说明】一种多路并行磁场信号的采集和传输系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及磁场数据采集分析领域，尤其涉及一种多路并行磁场信号的采集和传输系统及其方法。
【背景技术】
[0002]在磁场数据采集分析领域中，通常使用磁强度计进行磁场强度的测量，但是磁强度计通常只能测量某个方向或者某几个方向上的磁感应强度，无法对复杂磁场的磁场强度进行连续测量。
[0003]在金属缺陷检测或者金属磁特性分析等场合，通常需要对复杂磁场信号进行连续多维度的扫描和测量。在复杂磁场信号的测量过程中，获得的大量磁场信号数据需要快速高效地采集和传输，被计算机灵活地展现、处理和分析。所以现有的采集测量方法不利于金属缺陷检测或者金属磁特性分析等场合的复杂磁场信号测量。
[0004]为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提出了一种多路并行磁场信号的采集和传输系统及其方法。本发明通过并行采集和多路复用的办法，实现采集线阵的磁场信号并且传输给计算机系统，可用于分析特定被测目标的复杂磁信号特征。
【发明内容】
[0005]本发明公开了一种多路并行磁场信号的采集和传输系统，包括:信号处理模块，用于捕捉磁场信号，将所述磁场信号转换成电信号及放大和调理所述电信号；并行信号切换模块，其与所述信号处理模块通信，控制所述电信号的逻辑处理、控制对地信号释放和切换信号通道，得到多路复用电信号；信号多路采集模块，其与所述并行信号切换模块通信，用于对所述多路复用电信号进行采样，得到多路信号采样数据；及信号传输和处理模块，其与所述信号多路采集模块通信，用于传输所述多路信号采样数据至计算机中，由所述计算机进行还原和数字处理。
[0006]本发明提出的所述多路并行磁场信号的采集和传输系统中，所述信号处理模块包括磁场传感器单元，所述磁场传感器单元包括两条由磁场传感器组成的磁场传感器阵列和运算放大器，所述磁场传感器依次排布，所述磁场传感器的输出多路分布且独立地与所述运算放大器连接。
[0007]本发明提出的所述多路并行磁场信号的采集和传输系统中，所述并行信号切换模块包括高速电子开关，切换信号通道采用高速电子开关实现。
[0008]本发明提出的所述多路并行磁场信号的采集和传输系统中，所述信号多路采集模块利用高采样率的模拟数字转换器采集各信号通道的电信号。
[0009]本发明提出的所述多路并行磁场信号的采集和传输系统中，所述信号传输和处理模块包括高速网络交换机，所述信号传输和处理模块通过千兆以太网传输信号数据。
[0010]本发明还提出了一种多路并行磁场信号的采集和传输方法，包括如下步骤:
[0011]信号处理步骤，利用信号处理模块沿被测物体表面移动，实时捕捉被测物体的磁场信号并将磁场信号转换成电信号，对所述电信号进行放大和调理后传输至并行信号切换模块；
[0012]并行信号切换步骤，所述并行信号切换模块控制所述电信号的逻辑处理、控制对地信号释放和切换信号通道，得到多路复用电信号，并将所述多路复用电信号传输至信号多路采集模块；
[0013]信号多路采集步骤，所述信号多路采集模块接收所述多路复用电信号，并利用高采样率的模拟数字转换器进行采样，得到多路信号采样数据；
[0014]信号传输和处理步骤，所述信号传输和处理模块通过千兆以太网作为传感网络将所述多路信号采样数据传输给计算机，所述计算机接收后对所述多路信号采样数据进行还原和数字处理。
[0015]本发明提出的所述采集和传输方法中，所述信号处理步骤中，所述磁场信号是使用磁场传感器单元捕捉获得的。
[0016]本发明提出的所述采集和传输方法中，所述磁场传感器单元包括两条由磁场传感器组成的磁场传感器阵列和运算放大器，所述磁场传感器分别捕捉所在区域的磁场数据，分别通过所述运算放大器后得到所述磁场信号，经所述运算放大器进行放大后的磁场信号能够被所述模拟数字转换器采样。
[0017]本发明提出的所述采集和传输方法中，所述并行信号切换步骤中，并行信号切换模块使用高速电子开关对所述电信号进行信号通路高速切换，使得所述电信号适于被所述高采样率的模拟数字转换器采样。
[0018]本发明提出的所述采集和传输方法中，所述信号传输和处理步骤中利用高速网络交换机组成包含由多个信号多路采集模块获得的多路信号采样数据的传感网络。
[0019]本发明通过并行采集和多路复用的办法，实现将磁场传感器适用于采集复杂磁场信号，其有益效果是，连续、多维度的扫描复杂磁场信号，快速实时地采集线阵的磁场信号并且传输给计算机系统，利用传统磁场传感器实现分析特定被测目标的复杂磁信号特征。
[0020]本发明利用高速网络交换机等方法，组成更大规模的传感网络，实现对目标进行更高精度与更大测量范围的测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明多路并行磁场信号的采集和传输系统的示意图。
[0022]图2是本发明采集和传输方法的流程图。
[0023]图3是传感网络的示意图。
[0024]图4是实施例中多路并行磁场信号的采集和传输系统的结构图。
[0025]图5是实施例中多路并行磁场信号的采集和传输系统的示意图。
[0026]图6是本发明系统测得的磁场信号强度图。
【具体实施方式】
[0027]结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
[0028]本发明通过并行采集，多路复用的办法，将线阵的磁场信号采集，并且传输给计算机系统，从而灵活地展现、处理磁场数据，用于分析特定被测目标的复杂磁信号特征。
[0029]如图1所示，本发明多路并行磁场信号的采集和传输系统，是复杂磁场数据采集分析体系，包括信号处理模块1、并行信号切换模块2、信号多路采集模块3以及信号传输处理模块4。
[0030]其中，信号处理模块1实现捕捉磁场信号、将磁场信号转换成电信号及对电信号的放大及调理。信号处理模块1中包括磁场传感器单元，磁场传感器单元包括两条由磁场传感器组成的磁场传感器阵列和运算放大器。在磁场传感器单元在被测物体表面移动时，其中的磁场传感器分别捕捉所在区域的磁场数据，分别通过运算放大器后得到磁场信号，经运算放大器进行放大后的磁场信号能够被模拟数字转换器采样。
[0031]并行信号切换模块2与信号处理模块1连接，并行信号切换模块2中包括高速电子开关，利用高速电子开关控制信号处理模块所得电信号的逻辑处理、控制对地信号释放和切换信号通道，得到多路复用电信号。
[0032]信号多路采集模块3与并行信号切换模块2连接，信号多路采集模块3包括高采样率的模拟数字转换器，其用于对多路复用电信号进行ADC采样得到被测物体的磁场信号数据，实现多路采集磁场信号。
[0033]信号传输和处理模块4与信号多路采集模块3连接，实现用千兆以太网传输信号和计算机处理信号。信号传输和处理模块4使用千兆以太网传输数据，包括如高速网络交换机等能够组成更大规模传感网络的设备，以及包括通用计算机等数据处理设备来处理多路信号采样数据。
[0034]本发明多路并行磁场信号的采集和传输系统的采集和传输方法，如图2所示，包括如下步骤:
[0035]信号处理步骤，利用信号处理模块1沿被测物体表面移动，实时捕捉被测物体的磁场信号并将磁场信号转换成电信号，对电信号进行放大和调理后传输至并行信号切换模块2。经运算放大器进行放大后的磁场信号能够被模拟数字转换器采样。
[0036]并行信号切换步骤，并行信号切换模块2控制电信号的逻辑处理、控制对地信号释放和切换信号通道，得到多路复用电信号，并将多路复用电信号传输至信号多路采集模块3。其中，通过使用高速电子开关进行高速切换使得磁场信号能够被信号多路采集模块3的高采样率ADC模拟数字转换器采集。
[0037]信号多路采集步骤，信号多路采集模块3接收多路复用电信号，并利用高采样率的模拟数字转换器进行采样，得到多路信号采样数据。
[0038]信号传输和处理步骤，信号传输和处理模块4通过千兆以太网作为传感网络将多路信号采样数据传输给计算机，计算机接收后对多路信号采样数据进行还原和数字处理。
[0039]优选地，传输和处理步骤中可以通过采用高速网络交换机等方式，将多个传输信号多路采集模块3所得数据的千兆以太网组成更大规模的传感网络，如图3所示，即该传感网络对应了多个传输信号多路采集模块3所得数据，从而可以对被测目标进行更高精度、更大范围的测量。
[0040]实施例:
[0041]图4显示具体实施例中多路并行磁场信号的采集和传输系统。如图4和图5所示，利用信号处理模块1按指定方向移动并扫描有缺陷的被测金属目标实现信号的处理，使得电信号能够被模拟数字转换器ADC采集。通过两条磁场传感器阵列中的磁场传感器各自捕捉磁场信号的变化并将磁场信号物理地转换成电信号，该电信号通过运算放大器放大得到处理过的多路电信号。信号的处理包括多路的磁信号到电信号转换、信号放大及信号调理等一系列处理。
[0042]并行信号切换模块2接收到电信号后，通过S1到Sn多个高速电子开关控制多路电信号的逻辑处理、控制对地信号的释放，使得多路电信号的通道实现高速切换，得到多路复用的电信号。
[0043]信号多路采集模块3接收到多路复用电信号后，通过高采样率模拟数字转换器将多路复用电信号从模拟信号转换为数字信号，从而实现信号的多路采集，得到被测目标的多路信号采样数据。
[0044]信号传输和处理模块4将多路信号采样数据用千兆以太网传输给计算机处理，计算机分析被测目标的复杂磁信号特征。优选地，可以通过高速网络交换机组成更大规模的传感网络，即该传感网络包含由多个信号多路采集模块3获得的多路信号采样数据，从而对被测目标进行了更高精度、更大范围的测量。
[0045]如图6，是本发明系统中通用计算机接收传感网络传来的数据，进行还原和数字处理，测得的多路磁场信号强度图。通过信号处理结果可分析被测目标的复杂磁信号特征，例如，检测出被测金属的缺陷。
[0046]本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。
【权利要求】
1.一种多路并行磁场信号的采集和传输系统，其特征在于，包括: 信号处理模块(I)，用于捕捉磁场信号，将所述磁场信号转换成电信号及放大和调理所述电信号； 并行信号切换模块(2)，其与所述信号处理模块(I)通信，控制所述电信号的逻辑处理、控制对地信号释放和切换信号通道，得到多路复用电信号； 信号多路采集模块(3)，其与所述并行信号切换模块(2)通信，用于对所述多路复用电信号进行采样，得到多路信号采样数据；及 信号传输和处理模块(4)，其与所述信号多路采集模块(3)通信，用于传输所述多路信号采样数据至计算机中，由所述计算机进行还原和数字处理。
2.如权利要求1所述的多路并行磁场信号的采集和传输系统，其特征在于，所述信号处理模块(I)包括磁场传感器单元，所述磁场传感器单元包括两条由磁场传感器组成的磁场传感器阵列和运算放大器，所述磁场传感器依次排布，所述磁场传感器的输出多路分布且独立地与所述运算放大器连接。
3.如权利要求1所述的多路并行磁场信号的采集和传输系统，其特征在于，所述并行信号切换模块(2)包括高速电子开关，切换信号通道采用高速电子开关实现。
4.如权利要求1所述的多路并行磁场信号的采集和传输系统，其特征在于，所述信号多路采集模块(3)利用高采样率的模拟数字转换器采集各信号通道的电信号。
5.如权利要求1所述的多路并行磁场信号的采集和传输系统，其特征在于，所述信号传输和处理模块(4)包括高速网络交换机，所述信号传输和处理模块(4)通过千兆以太网传输信号数据。
6.一种多路并行磁场信号的采集和传输方法，其特征在于，包括如下步骤: 信号处理步骤，利用信号处理模块(I)沿被测物体表面移动，实时捕捉被测物体的磁场信号并将磁场信号转换成电信号，对所述电信号进行放大和调理后传输至并行信号切换模块⑵； 并行信号切换步骤，所述并行信号切换模块(2)控制所述电信号的逻辑处理、控制对地信号释放和切换信号通道，得到多路复用电信号，并将所述多路复用电信号传输至信号多路采集模块⑶； 信号多路采集步骤，所述信号多路采集模块(3)接收所述多路复用电信号，并利用高采样率的模拟数字转换器进行采样，得到多路信号采样数据； 信号传输和处理步骤，所述信号传输和处理模块(4)通过千兆以太网作为传感网络将所述多路信号采样数据传输给计算机，所述计算机接收后对所述多路信号采样数据进行还原和数字处理。
7.如权利要求6所述的采集和传输方法，其特征在于，所述信号处理步骤中，所述磁场信号是使用磁场传感器单元捕捉获得的。
8.如权利要求7所述的采集和传输方法，其特征在于，所述磁场传感器单元包括两条由磁场传感器组成的磁场传感器阵列和运算放大器，所述磁场传感器分别捕捉所在区域的磁场数据，分别通过所述运算放大器后得到所述磁场信号，经所述运算放大器进行放大后的磁场信号能够被所述模拟数字转换器采样。
9.如权利要求6所述的采集和传输方法，其特征在于，所述并行信号切换步骤中，并行信号切换模块(2)使用高速电子开关对所述电信号进行信号通路高速切换，使得所述电信号适于被所述高采样率的模拟数字转换器采样。
10.如权利要求6所述的采集和传输方法，其特征在于，所述信号传输和处理步骤中利用高速网络交换机组成包含由多个信号多路采集模块(3)获得的多路信号采样数据的传感网络。
【文档编号】G01R33/02GK104459570SQ201410668372
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】韩微辉, 吴双, 王江涛, 张清, 袁宇键, 徐智斌, 王振辉 申请人:华东师范大学, 上海华元创信软件有限公司