本發(fā)明屬于磁場測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了一種磁共振耦合空間高頻磁場強度測量裝置和方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)前幾乎任何技術(shù)領(lǐng)域都離不開磁場測量。以無線輸電技術(shù)為例，現(xiàn)在主要都是利用磁場作為能量的傳輸通道。磁共振耦合無線電能傳輸技術(shù)利用高頻磁共振耦合實現(xiàn)電能高效長距離傳輸，收發(fā)線圈間的互感耦合系數(shù)直接影響著系統(tǒng)的傳輸距離和效率?？臻g磁場強度同步檢測是準(zhǔn)確分析互感耦合系數(shù)的最直接的方法，因此設(shè)計出一款適合空間高頻磁場強度測量的傳感器具有重要意義。

現(xiàn)在測量磁場強度的方法雖然很多，但是很少有專利與論文介紹如何檢測高頻磁場。例如《多點磁場強度測量儀》(公開號：cn203759229u)基于霍爾傳感器實現(xiàn)了3個方向的磁場強度測量，但是霍爾傳感器最高測量頻率僅為1mhz，因此無法實現(xiàn)高頻磁場的檢測?！兑环N數(shù)字信號鎖定型空間磁場檢測系統(tǒng)》(公開號：cn102495380a)雖然基于電磁感應(yīng)法實現(xiàn)了磁場信號的數(shù)字化測量，但應(yīng)用到空間磁場測量，沒有解決多個傳感器間的相互影響，以及傳感器對空間待測磁場的影響問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述背景技術(shù)提出的技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供一種磁共振耦合空間高頻磁場強度測量裝置和方法，實現(xiàn)空間高頻磁場測量，降低現(xiàn)有傳感器在強耦合狀態(tài)下傳感器對空間待測磁場或鄰近磁傳感器的影響，并彌補弱耦合下磁傳感器靈敏度低的不足。

為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種磁共振耦合空間高頻磁場強度測量裝置，包括線圈安裝槽、連接件和信號處理印刷電路板，感應(yīng)線圈安裝在線圈安裝槽內(nèi)，信號處理印刷電路板通過連接件與線圈安裝槽連接；所述信號處理印刷電路板包括可變阻尼諧振網(wǎng)絡(luò)、輸入緩沖級、峰值檢測電路、可控增益放大電路、采樣保持器、adc轉(zhuǎn)換電路、微處理器以及單刀雙擲開關(guān)，可變阻尼諧振網(wǎng)絡(luò)的輸入端連接感應(yīng)線圈，可變阻尼諧振網(wǎng)絡(luò)的輸出端連接輸入緩沖級的輸入端，輸入緩沖級的輸出端連接峰值檢測電路的輸入端和可控增益放大電路的輸入端，可控增益放大電路的輸出端連接采樣保持器的輸入端，采樣保持器的輸出端連接adc轉(zhuǎn)換電路的輸入端，adc轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接微處理器的輸入端，單刀雙擲開關(guān)的動端連接采樣保持器的控制端，單刀雙擲開關(guān)的兩個不動端分別連接微處理器和外部控制信號，可變阻尼諧振網(wǎng)絡(luò)的控制端、可控增益放大電路的控制端、adc轉(zhuǎn)換電路的控制端和峰值檢測電路分別連接微處理器。

基于上述技術(shù)方案的優(yōu)選方案，信號處理印刷電路板通過連接件與線圈安裝槽垂直連接。

基于上述技術(shù)方案的優(yōu)選方案，所述可變阻尼諧振網(wǎng)絡(luò)包括諧振電容和電位器，諧振電容、電位器和感應(yīng)線圈相互并聯(lián)，電位器的控制端連接微處理器，從而控制電位器接入電路的阻值。

基于上述技術(shù)方案的優(yōu)選方案，所述輸入緩沖級采用opa842芯片。

基于上述技術(shù)方案的優(yōu)選方案，所述可控增益放大電路由兩片ad603芯片級聯(lián)而成。

基于上述技術(shù)方案的優(yōu)選方案，所述采樣保持器采用opa615芯片。

基于上述技術(shù)方案的優(yōu)選方案，所述峰值檢測電路采用ad8307芯片。

基于上述裝置的高頻磁場強度測量方法，包括以下步驟：

(1)微處理器控制可變阻尼諧振網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，使其阻尼單調(diào)變化；

(2)微處理器控制峰值檢測電路，尋找輸出電壓峰值時可變阻尼網(wǎng)絡(luò)所對應(yīng)的參數(shù)，保持該參數(shù)值，進(jìn)入下一步；

(3)微處理器控制可控增益放大電路的放大或者衰減的倍數(shù)，將感應(yīng)線圈輸出的電壓信號調(diào)理成在adc轉(zhuǎn)換電路的量程范圍內(nèi)的電信號；

(4)當(dāng)需要測量磁場強度時，微處理器控制單刀雙擲開關(guān)的狀態(tài)，選擇微處理器或者外部信號控制采樣保持器處于保持狀態(tài)；

(5)微處理器控制adc轉(zhuǎn)換電路采集被保持住的電壓信號；

(6)ad轉(zhuǎn)換完成后，微處理器或者外部信號控制采樣保持器處于跟隨狀態(tài)，繼續(xù)跟蹤高頻磁場信號；

(7)微處理器由ad轉(zhuǎn)換的結(jié)果計算出磁感應(yīng)強度的數(shù)值并存儲在微處理器內(nèi)部，實現(xiàn)磁場信號的數(shù)字化。

采用上述技術(shù)方案帶來的有益效果：

通過本發(fā)明的裝置和方法，可以實現(xiàn)空間磁場的分布式精確測量。本發(fā)明可以解決多個傳感器間的相互影響，以及傳感器對空間待測磁場的影響問題。而且，本發(fā)明能在減小傳感器的不利影響的同時，最大限度地提高測量靈敏度，從而降低了對硬件檢測電路的速度的要求。同時，本發(fā)明將檢測到的磁場信號數(shù)字化了，便于遠(yuǎn)距離傳輸。此外，本發(fā)明方便多個數(shù)字化磁場傳感器的同步組網(wǎng)，容易實現(xiàn)空間多點磁場的同步采集。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)圖；

標(biāo)號說明：a-線圈圈安裝槽，b-連接裝置，c-信號處理電路印制板，c1-可變阻尼諧振網(wǎng)絡(luò)，c2-輸入緩沖級，c3-可控增益放大電路，c4-采樣保持器，c5-adc轉(zhuǎn)換電路，c6-微處理器，c7-單刀雙擲開關(guān)，c8-峰值檢測電路

圖2是本發(fā)明的信號流向示意圖；

圖3是可變阻尼諧振網(wǎng)絡(luò)電路圖；

圖4是輸入緩沖級電路圖；

圖5是可控增益放大電路圖；

圖6是采樣保持器電路圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示，一種磁共振耦合空間高頻磁場強度測量裝置，包括線圈安裝槽a、連接件b和信號處理電路印制板c，感應(yīng)線圈安裝在a的圓形凹槽里。在本實例中，感應(yīng)線圈采用同軸電纜線繞制，為了兼顧感應(yīng)線圈的頻帶以及靈敏度，將感應(yīng)線圈的匝數(shù)定為1匝，線圈半徑為2.5cm，線圈導(dǎo)線半徑為0.4mm，線圈電感100nh。上述c通過連接件b與a垂直相連，即信號處理電路印制板c與感應(yīng)線圈所處平面垂直，這樣c所產(chǎn)生的磁場與被測磁場垂直，從而降低對被測磁場的干擾。

如圖2所示，信號處理電路印制板c集成有可變阻尼諧振網(wǎng)絡(luò)c1、輸入緩沖級c2、可控增益放大電路c3、采樣保持器c4、adc轉(zhuǎn)換電路c5\微處理器c6、單刀雙擲開關(guān)c7和峰值檢測電路c8。所述c1與c2相連，c2與c3相連，c2與c8相連，c3與c4相連，c4與c5相連，c5與c6相連。所述可控增益放大電路c3的增益控制管腳與微處理器c6連接?？勺冏枘嶂C振網(wǎng)絡(luò)c1的輸入端連接感應(yīng)線圈，可變阻尼諧振網(wǎng)絡(luò)c1的輸出端連接輸入緩沖級c2的輸入端，輸入緩沖級c2的輸出端連接峰值檢測電路c8的輸入端和可控增益放大電路c3的輸入端，可控增益放大電路c3的輸出端連接采樣保持器c4的輸入端，采樣保持器c4的輸出端連接adc轉(zhuǎn)換電路c5的輸入端，adc轉(zhuǎn)換電路c5的輸出端連接微處理器c6的輸入端，單刀雙擲開關(guān)c7的動端連接采樣保持器c4的控制端，單刀雙擲開關(guān)c7的兩個不動端分別連接微處理器c6和外部控制信號，可變阻尼諧振網(wǎng)絡(luò)c1的控制端、可控增益放大電路c3的控制端、adc轉(zhuǎn)換電路c5的控制端和峰值檢測電路c8分別連接微處理器c6。

在本實施例中，可變阻尼諧振網(wǎng)絡(luò)c1如圖3所示，其中，l為感應(yīng)線圈，cr為諧振電容，容量為25pf，rw是可調(diào)數(shù)字電位器x9c102。

在本實施例中，微處理器c6采用內(nèi)置adc的單片機iap15f2k61s2。峰值檢測電路c8由對數(shù)檢波電路ad8307構(gòu)成。

在本實施例中，如圖4所示，基于opa842電路構(gòu)建輸入緩沖級，其增益帶寬積為200mhz，滿足阻抗匹配的要求。如圖5所示，可控增益放大電路c3為基于ad603電路設(shè)計了兩級程控放大器，增益范圍為-10db～30db，兩級帶寬為60mhz。

在本實施例中，采樣保持器c4的控制管腳與單刀雙擲開關(guān)c7連接，可以選擇微處理器c6控制采樣保持，也可以由外部信號控制實現(xiàn)同步采集。如圖6所示，在本實施例中，采樣保持器基于opa615芯片構(gòu)建，其頻帶大于700mhz。單刀雙擲開關(guān)sw選用max4544。

感應(yīng)線圈與可變阻尼諧振網(wǎng)絡(luò)作用，將被測高頻磁場信號穿過感應(yīng)線圈后轉(zhuǎn)化為可變阻尼諧振網(wǎng)絡(luò)諧振電容cr上的高頻電壓信號。本實例中諧振網(wǎng)絡(luò)c1由lc并聯(lián)，諧振電容cr，諧振網(wǎng)絡(luò)的阻尼調(diào)節(jié)由可調(diào)數(shù)字化電位器rw實現(xiàn)。感應(yīng)線圈輸出的電壓信號通過輸入緩沖級c2輸入可控增益放大電路c3和峰值檢測電路c8。

基于上述裝置的高頻磁場強度測量方法，包括如下步驟：

步驟1：微處理器c6控制可變阻尼諧振網(wǎng)絡(luò)c1的參數(shù)，使其阻尼單調(diào)變化；

步驟2：微處理器c6控制峰值檢測電路c8，尋找輸出電壓峰值時可變阻尼網(wǎng)絡(luò)所對應(yīng)的參數(shù)，保持該參數(shù)值，進(jìn)入下一步；

步驟3：微處理器c6控制可控增益放大電路c3的放大或者衰減的倍數(shù)，將感應(yīng)線圈輸出的電壓信號調(diào)理成在adc轉(zhuǎn)換電路c5的量程范圍內(nèi)的電信號；

步驟4：當(dāng)需要測量磁場強度時，微處理器c6控制單刀雙擲開關(guān)c7的狀態(tài)，選擇微處理器c6或者外部信號控制采樣保持器c4處于保持狀態(tài)；

步驟5：微處理器c6控制adc轉(zhuǎn)換電路c5采集被保持住的電壓信號；

步驟6：ad轉(zhuǎn)換完成后，微處理器c6或者外部信號控制采樣保持器c4處于跟隨狀態(tài)，繼續(xù)跟蹤高頻磁場信號；

步驟7：微處理器由ad轉(zhuǎn)換的結(jié)果計算出磁感應(yīng)強度的數(shù)值并存儲在微處理器c6內(nèi)部，實現(xiàn)磁場信號的數(shù)字化。

應(yīng)當(dāng)指出的是，盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，以上所述實施內(nèi)容,是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式的一種，是對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明，而是要求符合與本文所公開的思路和原理相一致的最寬的范圍，如感應(yīng)線圈的繞制，可變阻尼諧振網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計等。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思和方法的前提下，還可以做出若干簡單改進(jìn)或替換。在附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的原理范圍內(nèi)，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護范圍。