[发明专利]一种基于低通滤波的磁信号测量装置与方法

权利要求书

1.一种基于低通滤波的磁信号测量装置，其特征在于，所述基于低通滤波的磁信号测量装置包括工控机(1)、数模输出模块(2)、模数采样模块(3)、线圈和信号接收器(6)；工控机(1)的输出端连接着数模输出模块(2)的输入端；数模输出模块(2)的输出端连接着线圈的输入端；信号接收器(6)的输出端连接着模数采样模块(3)的输入端；模数采样模块(3)的输出端连接着工控机(1)的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种基于低通滤波的磁信号测量装置，其特征在于，所述线圈包括线圈一(4)和线圈二(5)，数模输出模块(2)的输出端连接着线圈一(4)的输入端；数模输出模块(2)的输出端连接着线圈二(5)的输入端。

3.根据权利要求1所述的一种基于低通滤波的磁信号测量装置，其特征在于，所述数模输出模块(2)采用DA输出卡；模数采样模块(3)采用AD采样卡；所述工控机(1)上安装有DA输出卡和AD采样卡。

4.根据权利要求1所述的一种基于低通滤波的磁信号测量装置，其特征在于，所述模数采样模块(3)包括前置放大器、抗混叠滤波器和采样保持器。

5.一种使用权利要求1、2、3或4所述基于低通滤波的磁信号测量装置的测量方法，其特征在于，所述基于低通滤波的磁信号测量方法的具体步骤为：

步骤一：工控机(1)运行，控制数模输出模块(2)输出两路角频率分别为ω1和ω2的正弦信号；

步骤二：两路正弦信号驱动线圈在空间产生角频率为ω1和ω2的交变磁场；

步骤三：信号接收器(6)接收交变磁场中的磁信号，并将接收到的磁信号转换为电信号，传输到模数采样模块(3)；

步骤四：经模数采样模块(3)的处理后转换成离散的数据序列传输至工控机(1)；

步骤五：工控机(1)对数据序列做进一步处理，将角频率为ω1和ω2的参考信号与测量信号相乘，采用低通滤波器提取其中的直流分量，经过运算后得到频率分别为ω1和ω2的交流分量的幅值A1和A2，实现对两个频率的磁信号的检测。

6.根据权利要求5所述的一种基于低通滤波的磁信号测量方法，其特征在于，所述步骤五的具体处理过程为：

信号接收器(6)接收到的测量信号形式为

x(t)＝x1(t)+x2(t)＝A1sin(ω1t+φ1)+A2sin(ω2t+φ2)

其中x1(t)为线圈一(4)产生的磁场对应的磁感应强度，x2(t)为线圈二(5)产生的磁场对应的磁感应强度，φ1、φ2为测量信号中两个正弦分量与参考信号的相位差；

为了提取出线圈一(4)对应的磁感应强度的幅值A1，使用角频率为ω1的参考信号对测量信号进行处理；参考信号的形式为

r1(t)＝2sin(ω1t)

r1′(t)＝2cos(ω1t)

将两个参考信号分别与测量信号相乘，可得

y1(t)＝x(t)r1(t)＝[A1sin(ω1t+φ1)+A2sin(ω2t+φ2)]×2sin(ω1t)

＝A1cosφ1-A1cos(2ω1t+φ1)+A2cos[(ω2-ω1)t+φ2]-A2cos[(ω2+ω1)t+φ2]

y1′(t)＝x(t)r1′(t)＝[A1sin(ω1t+φ1)+A2sin(ω2t+φ2)]×2cos(ω1t)

＝A1sinφ1+A1sin(2ω1t+φ1)+A2sin[(ω2-ω1)t+φ2]+A2sin[(ω2+ω1)t+φ2]

由上式可知，y1(t)和y1′(t)中均含有直流分量和三个角频率分别为2ω1、ω2-ω1、ω2+ω1的交流分量；采用截止频率为ω0的低通滤波器对y1(t)和y1′(t)进行低通滤波处理，获得其中的直流分量，即

LPF[y1(t)]＝A1cosφ1

LPF[y1′(t)]＝A1sinφ1

此时低通滤波器的截止频率ω0应满足

ω 0 < 2 ω 1 ω 0 < | ω 2 - ω 1 | ]]>

对低通滤波的结果进行处理即可得到线圈一(4)对应的磁感应强度的幅值

A 1 = ( L P F [ y 1 ( t ) ] ) 2 + ( L P F [ y 1 ′ ( t ) ] ) 2 ]]>

使用同样的方法，用角频率为ω2的参考信号对测量信号进行处理，可以求出线圈二(5)对应的磁感应强度的幅值A2。