一种基于磁场的微振动测量装置及其测量方法_2

文档序号:9450735阅读:来源:国知局
量装置,包括:
[0053] 两个以上的磁通门传感器110和控制处理电路200 ;
[0054] 每个所述磁通门传感器110中均设有相互对应的激励线圈111和感应线圈112 ; 磁通门原理是利用法拉第电磁感应定律结合导磁材料特性的一种磁场探测原理。本发明中 磁通门磁强计基本的工作流程是利用驱动电路向激励线圈111施加交变电流的激励信号, 由于电流变化产生磁场。螺线环内部的磁场是相互抵消的,在外部磁场的作用下,在高导磁 材料饱和的情况下,内部磁场发生相应的交流变化,这种交流变化磁场在信号线圈上产生 交流电场。根据理论推导,频率为f?的激励信号,在感应线圈112上产生2f的感应信号。
[0055] 所述控制处理电路200中包括:激励信号产生模块201,选频放大模块202、相敏整 流模块203、平滑滤波模块204、环境磁场获取模块205、振动数据统计模块206;
[0056] 所述激励信号产生模块201用于产生激励信号;
[0057] 磁通门传感器110中每个激励线圈111均与所述激励信号产生模块201连接,用 于根据接收到的激励信号,产生激励磁场信号;
[0058] 所述感应线圈112用于接收混合磁场信号,并根据该混合磁场信号产生感应电流 信号,所述混合磁场信号由对应的激励线圈111所产生的激励磁场信号和外部的环境磁场 信号混合而成;
[0059] 所述选频放大模块202与所述感应线圈112相连接,用于对接收到感应电流信号 进行选频放大,得到感应电流信号的二次谐波信号;
[0060] 所述相敏整流模块203与所述选频放大模块202相连接,用于对二次谐波信号进 行整流电路,并进行信号翻转;
[0061] 所述平滑滤波模块204与所述相敏整流模块203相连接,用于对经过翻转的二次 谐波信号进行平滑滤波,得到直流信号;
[0062] 所述环境磁场获取模块205与所述平滑滤波模块204相连接,用于将直流信号乘 以预定的标定系数,得到环境磁场数据;
[0063] 所述振动数据统计模块206与所述环境磁场获取模块205相连接,用于接收所有 磁通门传感器110所对应的环境磁场数据,利用小波分析找出每段环境磁场数据中的微振 动数据段,小波分析是对环境磁场数据行进小波变化,得到二维的小波谱。在小波谱中相同 频率段相关系数较大的幅值大小可以默认为是环境中大梯度的变化,不是载体本身的微小 振动产生的影响。多个小波在相同频率段幅值变化较大的地方就可以默认为是载体本身的 微小振动,将相同时间段内的两段微振动数据段进行比较,得到两段微振动数据段之间的 磁场差,由于磁场差正比于微振动角度,故通过该磁场差计算得到两对应磁通门传感器110 之间的微振动角度。
[0064] 由于磁通门磁传感器的精度能够达到0.OlnT,以地磁场30000nT来作为背景磁场 的话,通过计算微振动测量数据能够nm数量级,且是XYZ三轴分量的三维立体振动数据,测 量精度非常高。环境磁场越大,测量的精度越高。
[0065] 进一步,所述控制处理电路200中设有反馈调节模块207,所述反馈调节模块207 分别与所述平滑滤波模块204和所述感应线圈112连接,用于将平滑滤波模块204中的直 流信号与所述感应线圈112所产生的感应电流信号相减得到信号差值,并根据该信号差值 对感应线圈112所产生的感应电流信号进行负反馈调节。通过反馈调节模块207的调节不 停减小信号差值,当差值越小,系统则越趋于稳定。
[0066] 进一步,所述激励信号产生模块201与激励线圈111之间依次连接有:功率放大模 块208、谐振模块209 ;
[0067] 所述功率放大模块208与所述激励信号产生模块201相连接,用于对激励信号的 功率进行放大;由于激励信号产生模块201所输出的激励信号的功率有限,不能很好的驱 动激励线圈111,激励信号经过该功率放大模块208后,将激励信号的功率放大,使其能更 好的驱动激励线圈111。
[0068] 所述谐振模块209分别与所述功率放大模块208和所述激励线圈111相连接,用 于对经过功率放大后的激励信号进行谐振处理,并将经过谐振处理的激励信号输送至激励 线圈111 ;通过谐振处理能更好的保证激励信号的信号强度。
[0069] 进一步,本发明还包括:数据输出模块210,所述数据输出模块210与所述振动数 据统计模块206连接,所述数据输出模块210用于进行数据输出,其还包括显示屏,所述显 示屏用于对微振动角度进行显示。
[0070] 进一步,所述激励线圈111由两个正交的线圈或三个相互正交的线圈组成,所述 感应线圈112由三组线圈组成。
[0071] 请参看图3,本发明还提供了一种基于磁场的微振动测量方法,包括:
[0072] 301?产生激励信号
[0073] 通过编程,使得激励信号产生模块输出激励信号;
[0074] 302.激励线圈产生激励磁场信号
[0075] 所述激励信号分别传输至两个以上的磁通门传感器中,所述磁通门传感器中的激 励线圈根据接收到的激励信号,分别产生激励磁场信号;
[0076] 303.感应线圈产生感应电流信号
[0077] 所述磁通门传感器中的感应线圈接收处于同一磁通门传感器中的激励信号所产 生的激励磁场信号和外部的环境磁场信号,并根据该激励磁场信号和环境磁场信号所叠加 成的混合磁场信号产生感应电流信号;
[0078] 304.进行选频放大
[0079] 对所述感应电流信号进行选频放大,得到感应电流信号的二次谐波信号;
[0080] 305.通过平滑滤波得到直流信号
[0081] 对二次谐波信号进行整流电路,并在信号翻转后进行平滑滤波,得到直流信号;
[0082] 306.计算出环境磁场数据
[0083] 将直流信号乘以预定的标定系数,计算得到每个磁通门传感器的环境磁场数据;
[0084] 307?通过磁场差计算出微振动角度
[0085] 利用小波分析找出每段环境磁场数据中的微振动数据段,将两个磁通门传感器中 相同时间段内的微振动数据段进行比较,得到两段微振动数据段之间的磁场差,再通过该 磁场差计算得到两对应磁通门传感器之间的微振动角度。
[0086] 为了更好的理解本发明,下面以另一个实施例对本发明一种基于磁场的微振动测 量方法进行描述,请参看图4、图5,其具体包括:
[0087]401?固定磁通门传感器
[0088] 将磁通门传感器与待测物体进行固定,所述磁通门传感器两两之间相互隔开。
[0089] 402?产生激励信号;
[0090] 通过编程,使得激励信号产生模块输出激励信号;其中,所述激励信号为矩形波信 号。
[0091] 403.激励信号的功率放大
[0092] 对激励信号的功率进行放大;由于激励信号产生模块所输出的激励信号的功率有 限,不能很好的驱动激励线圈,激励信号经过该功率放大模块后,将激励信号的功率放大, 使其能更好的驱动激励线圈。
[0093] 404?激励信号进行谐振处理
[0094] 在激励信号经过功率放大后进行谐振处理,并将经过谐振处理的激励信号输送至 激励线圈;通过谐振处理能更好的保证激励信号的信号强度。
[0095] 405.激励线圈产生激励磁场信号
[0096] 所述激励信号分别传输至两个以上的磁通门传感器中,所述磁通门传感器中的激 励线圈根据接收到的激励信号,分别产生激励磁场信号。
[0097]
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