電磁輻射信號監測裝置的製作方法
2023-09-11 18:19:55
專利名稱：電磁輻射信號監測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及電磁測量技術領域，特別涉及一種電磁輻射信號監測裝置。
背景技術：
混凝土大量使用在橋梁、大壩等結構中，受工作載荷作用，混凝土結構會出現裂紋並伴隨出現頻率在IMHz以下的電磁輻射信號，監測這種電磁輻射信號有助於監測混凝土結構的完整性。由於混凝土破裂電磁輻射信號微弱，監測系統易受環境電磁幹擾而影響正常工作，解決監測裝置的電磁屏蔽和工作穩定性是需要解決的重要問題。《巖石力學與工程學報》2001年第6期797-800頁有篇「混凝土受壓破裂過程中的電磁信號」的文章介紹為了排除外界電磁幹擾，將實驗樣品和探頭放在電磁屏蔽箱內，該文 章沒有介紹前放的抗幹擾和隔離問題，而前放引入的幹擾是系統不穩定的重要因素。2009年中國地震局地質研究所有篇碩士學位論文「巖石變形與電磁輻射的實驗研究」採用將線圈傳感器和前置放大器放入屏蔽室的辦法抗幹擾，該論文沒有介紹採集設備、二級放大器引入幹擾的隔離問題。
發明內容
本發明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題之一或至少提供一種有用的商業選擇。為此，本發明的目的在於提出一種具有抗幹擾能力強、結構簡單的電磁輻射信號監測裝置。根據本發明實施例的電磁輻射信號監測裝置，包括監測探頭，用於感應監測電磁輻射信號，並感應出電信號；防幹擾保護電路，所述防幹擾保護電路連接在所述監測探頭與放大濾波電路之間，用於防止環境中峰值脈衝幹擾；放大濾波電路，所述放大濾波電路的輸入端與所述防幹擾保護電路相連，用於將所述電信號進行放大和濾波；光電隔離電路，所述光電隔離電路的輸入端與所述放大濾波電路的輸出端相連，用於將放大和濾波後的電信號進行光電隔離後輸出，防止幹擾信號從輸出端引回放大濾波電路；計算機，所述計算機與所述光電隔離電路的輸出端相連，包括信號採集卡、波形顯示單元和數據存儲單元，所述計算機用於對所述光電隔離電路輸出的信號進行採集、顯示、存儲和分析計算。在本發明的一個實施例中，所述監測探頭與所述防幹擾保護電路之間通過屏蔽連接電纜相連。在本發明的一個實施例中，所述防幹擾保護電路包括第一快速二極體和第二快速二極體，所述第一快速二極體與所述第二快速二極體按照正、反的順序進行並聯，並連接在所述放大電路的輸入端。在本發明的一個實施例中，所述放大濾波電路為多級放大濾波電路。在本發明的一個實施例中，所述信號採集卡具有重觸發和預採樣功能，並且數據採集的單次最大記錄長度不小於1ms。在本發明的一個實施例中，還包括屏蔽盒，其中，所述防幹擾保護電路、放大濾波電路、光電隔離電路安裝在同一個屏蔽盒內；和多個供電電池組，所述供電電池組為所述放大濾波電路和光電隔離電路供電，其中，所述光電隔離電路的隔離前後兩部分電路分別用兩組不同的所述供電電池組供電。本發明所設計的電磁輻射信號監測裝置結構簡單，能有效避免環境噪聲對電路穩定性的影響，具有較高信噪比，適用頻率範圍較廣(例如IOOHf 1MHz)。本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中
圖I是本發明實施例的電磁輻射信號監測裝置的結構框圖；圖2是本發明實施例的放大電路模塊的電路示意圖；圖3是本發明實施例的濾波電路模塊的電路示意圖；圖4是本發明實施例的光電隔離電路的電路示意圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「長度」、「寬度」、「厚度」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」 「內」、「外」、「順時針」、「逆時針」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本發明的描述中，「多個」的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」、「固定」等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特徵在第二特徵之「上」或之「下」可以包括第一和第二特徵直接接觸，也可以包括第一和第二特徵不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特徵接觸。而且，第一特徵在第二特徵「之上」、「上方」和「上面」包括第一特徵在第二特徵正上方和斜上方，或僅僅表示第一特徵水平高度高於第二特徵。第一特徵在第二特徵「之下」、「下方」和「下面」包括第一特徵在第二特徵正下方和斜下方，或僅僅表示第一特徵水平高度小於第二特徵。本發明的目的在於提供一種混凝土破裂電磁輻射信號監測的技術。該裝置可以檢測微弱的混凝土破裂電磁輻射信號，屏蔽環境幹擾噪聲，使外界幹擾不影響監測系統正常工作。如圖I所示，本發明提出一種電磁輻射信號監測裝置，包括監測探頭10、防幹擾保護電路20、放大濾波電路30、光電隔離電路40以及計算機50。具體地監測探頭10用於感應監測電磁輻射信號，並感應出電信號。在一個實施例中，監測探頭採用直徑45mm的50匝空心漆包線線圈。根據電磁感應原理，可以將待測的電磁輻射信號感應為電信號。防幹擾保護電路20連接在監測探頭10與放大濾波電路30之間，用於防止環境中峰值脈衝幹擾。在一個實施例中，防幹擾保護電路包括第一快速二極體Dl和第二快速二極 管D2，第一快速二極體Dl與第二快速二極體D2按照正、反的順序進行並聯。Dl和D2正反並聯組成箝位限壓電路，這2個二極體連接在放大電路的輸入端，並且距離放大濾波電路的第一級運放輸入端儘可能近。該防幹擾保護電路的工作原理是假設監測探頭接收到環境中的一個峰值脈衝幹擾，若該幹擾電信號峰值大於二極體的導通電壓(例如O. 7V)，二極體導通，幹擾信號電壓被鉗位在二極體正嚮導通電壓(例如O. 7V)，幹擾電信號不能傳遞給後面的放大濾波電路30。需要說明的是，為達到更好地屏蔽結果，監測探頭10與防幹擾保護電路20之間一般通過屏蔽連接電纜相連。具體的，屏蔽連接電纜可採用2芯鐵絲網屏蔽電纜，電纜絕緣層材料為聚乙烯，芯線直徑O. 12毫米，屏蔽層直徑兩毫米，單位長度波阻抗約為70. 887歐姆，線纜長I米。放大濾波電路30的輸入端與防幹擾保護電路20的輸出端相連，用於將所述電信號進行放大和濾波。在本發明的一個實施例中放大濾波電路為多級放大濾波電路。圖2和圖3分別示出了具體的放大電路和濾波電路的實施例。其中，放大電路模塊採用2片AD797AR運放組成的2級放大電路，第一級放大倍數50倍，第二級放大100倍，具體參數見圖2。圖2中U1、U2為高線性度低噪聲運算放大器AD797AR，R1至R4為兩級同相比例放大電路的比例電阻，Cl至C8為Ul、U2電源的去耦電容。濾波電路模塊採用I片AD797AR運放組成二階濾波電路，具體參數見圖3。圖3中U3為高線性度低噪聲運算放大器AD797AR，R5、R6、R7為濾波電阻，C13、C14為濾波電容，C9至C12為U3電源的去耦電容。光電隔離電路40的輸入端與放大濾波電路30的輸出端相連，用於將放大和濾波後的電信號進行光電隔離後輸出，防止幹擾信號從輸出端引回放大濾波電路。在本發明的一個實施例中，光電隔離電路40如圖4示，採用3個AD797AR運放和2個高線性度模擬光電耦合器和一些電阻、電容、整流二極體，按圖4連接而成。圖中U4、U5為高線性度低噪聲運算放大器AD797AR，它與電阻R8、R9、RIO、RlI、電容C16、C17、二極體D3、D4組成光耦驅動電路。0C1、0C2為高線性度模擬光電稱合器,用於將輸入的電信號轉化為光信號,經過光耦合，再轉換成電信號輸出，防止電氣直接連接產生的幹擾。U6為AD797AR，它與R12、C30所構成的電路將光耦合器輸出的電流信號轉化為電壓信號。C18至C29為U4、U5、U6電源的去耦電容。R13與C31構成低通濾波電路。計算機50與所述光電隔離電路40的輸出端相連，包括信號採集卡、波形顯示單元和數據存儲單元，所述計算機用於對所述光信號進行採集、顯示、存儲和分析計算。其中，信號採集卡具有重觸發和預採樣功能，並且數據採集的最大記錄長度不小於1ms。在本發明的上述實施例中，優選地，還包括屏蔽盒60和多個供電電池組70。其中，防幹擾保護電路20、放大濾波電路30、光電隔離電路40安裝在同一個屏蔽盒60內。多個供電電池組70為屏蔽盒60中的放大濾波電路30和光電隔離電路40供電。需要說明的是，光電隔離電路40的隔離前後兩部分電路分別用兩組不同的供電電池組70供電。S卩，圖2的放大電路、圖3的濾波電路和圖4左邊2個運放電路共用一組可充電鋰電池組，圖4右邊的運放電路使用另一組可充電鋰電池組，這樣可以做到光電隔離電路兩邊電源系統也是電氣隔離的。本發明所設計的電磁輻射信號監測裝置結構簡單，能有效避免環境噪聲對電路穩定性的影響，具有較高信噪比，適用頻率範圍較廣(例如IOOHf 1MHz)。在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示 例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。
權利要求
1.一種電磁輻射信號監測裝置，其特徵在於，包括 監測探頭，用於感應監測電磁輻射信號，並感應出電信號； 防幹擾保護電路，所述防幹擾保護電路連接在所述監測探頭與放大濾波電路之間，用於防止環境中峰值脈衝幹擾； 放大濾波電路，所述放大濾波電路的輸入端與所述防幹擾保護電路相連，用於將所述電信號進行放大和濾波； 光電隔離電路，所述光電隔離電路的輸入端與所述放大濾波電路的輸出端相連，用於將放大和濾波後的電信號進行光電隔離後輸出，防止幹擾信號從輸出端引回放大濾波電路； 計算機，所述計算機與所述光電隔離電路的輸出端相連，包括信號採集卡、波形顯示單元和數據存儲單元，所述計算機用於對所述光電隔離電路輸出的信號進行採集、顯示、存儲和分析計算。
2.如權利要求I所述的裝置，其特徵在於所述監測探頭與所述防幹擾保護電路之間通過屏蔽連接電纜相連。
3.如權利要求I和2所述的裝置，其特徵在於所述防幹擾保護電路包括第一快速二極體和第二快速二極體，所述第一快速二極體與所述第二快速二極體按照正、反的順序進行並聯，並連接在所述放大電路的輸入端。
4.如權利要求1-3任一項所述的裝置，其特徵在於所述放大濾波電路為多級放大濾波電路。
5.如權利要求1-5任一項所述的裝置，其特徵在於所述信號採集卡具有重觸發和預採樣功能，並且數據採集的單次最大記錄長度不小於1ms。
6.如權利要求I所述的裝置，其特徵在於，還包括 屏蔽盒，其中，所述防幹擾保護電路、放大濾波電路、光電隔離電路安裝在同一個屏蔽盒內；和 多個供電電池組，所述供電電池組為所述放大濾波電路和光電隔離電路供電，其中，所述光電隔離電路的隔離前後兩部分電路分別用兩組不同的所述供電電池組供電。
全文摘要
本發明提出一種電磁輻射信號監測裝置，包括監測探頭，用於感應監測電磁輻射信號，並感應出電信號；防幹擾保護電路，用於防止環境中峰值脈衝幹擾；放大濾波電路，用於將電信號進行放大和濾波；光電隔離電路，用於將放大和濾波後的電信號進行光電隔離後輸出，防止幹擾信號從輸出端引回放大濾波電路；計算機，該計算機包括信號採集卡、波形顯示單元和數據存儲單元，計算機用於對光電隔離電路輸出的信號進行採集、顯示、存儲和分析計算。本發明具有結構簡單、抗幹擾能力強的優點。
文檔編號G01R1/18GK102944758SQ20121050774
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月30日 優先權日2012年11月30日
發明者黃松嶺, 林鵬, 趙偉, 王珅, 魏爭 申請人:清華大學