【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁场调控，具体而言，涉及一种微弱磁场探测装置和方法、非接触式电流测量方法。
技术介绍
1、现有的磁传感器，如磁阻传感器、光泵磁力仪、磁棒磁力仪、磁通门、超导量子干涉仪(squid)等都难以在灵敏度、带宽、量程、温度范围、功耗、体积、成本等方面完全满足需求，更好的性能对应更大的成本，但低成本设备缺乏足够的精准度。磁致伸缩材料和压电材料结合而成的磁电异质结可以通过“磁-机-电”耦合相互作用，感知外界磁场或电场并转化为电信号输出。基于磁电耦合效应的磁传感机制研究仍是当今的热门科研问题。
2、传统的磁传感机制基于线性磁电耦合效应，通过永磁体等施加固定直流偏置磁场获得传感最大灵敏度，且工作于磁致伸缩曲线的线性区域。对称型层状块体器件在长度伸缩模态下，谐振频率在20khz以上，难以对低频磁场(200hz以内)进行高灵敏检测。
3、有鉴于此，特提出本申请。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种微弱磁场探测装置和方法、非接触式电流测量方法，解决基于线性磁致伸缩效应的磁电传感器在进行低频磁场检测时会带来磁噪声干扰，且检测灵敏度低的问题。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、第一方面，提供一种微弱磁场探测装置，包括：信号发生电路，用于生成激励信号；功率放大电路，用于对所述激励信号进行放大；磁电探头，用于在放大后的激励信号的驱动下生成励磁信号并将待测磁场中的磁信号转化为对应的电信号输出；锁相放大电路，用于根据锁相放大原理对放大
4、进一步的，所述磁电探头包括：激励线圈、磁电复合材料压电层和电极；所述激励线圈缠绕在所述磁电探头的外部，所述激励线圈通过所述磁电探头的输入端连接所述功率放大电路的输出端；所述磁电复合材料压电层和所述电极位于所述磁电探头的内部，所述磁电复合材料压电层通过所述电极连接所述磁电探头的输出端。
5、进一步的，所述微弱磁场探测装置还包括：加法电路，用于为所述目标信号加上直流偏置后输入模数转换模块；所述模数转换模块用于采集信号；
6、进一步的，所述微弱磁场探测装置还包括：隔离电容cx，用于将所述锁相放大电路输出的信号中的直流分量。
7、进一步的，所述锁相放大电路包括：信号输入端p1、信号输入端p2、电容c1、电容c2和ad630芯片；所述信号输入端p1连接所述磁电探头的输出端；所述信号输入端p2连接所述功率放大电路的输出端；所述电容c1的左极板连接所述信号输入端p1，所述电容c1的右极板连接所述ad630芯片的输入端；所述电容c2的左极板连接所述信号输入端p2，所述电容c2的右极板连接所述ad630芯片的输入端；所述ad630芯片的输出端连接所述隔离电容cx的左极板。
8、进一步的，所述二阶滤波电路包括：电阻r1、电阻r2、电阻r3、电容c3、电容c4、运算放大器和信号输出端p3；所述电阻r1的一端连接所述隔离电容cx的右极板，所述电阻r1的另一端连接所述电阻r2的一端；所述电容c3的左极板连接在所述电阻r1和所述电阻r2之间，所述电容c3的右极板接地；所述运算放大器的正输入端连接所述电容c3的右极板；所述电阻r3与所述电容c4并联后的一端与所述电阻r2的另一端共同连接所述运算放大器的负输入端，所述电阻r3与所述电容c4并联后的另一端与所述运算放大器的输出端共同连接所述信号输出端p3；所述信号输出端p3连接所述加法电路。
9、进一步的，所述加法电路包括：电容c6、电阻r11、电阻r12和电源vcc；所述电容c6的左极板连接所述信号输出端p3；所述电阻r12的一端连接所述电源vcc的正极；所述电阻r11的一端连接所述电源vcc的负极；所述电容c6的右极板、所述电阻r11的另一端和所述电阻r12的另一端共同连接所述模数转换模块的输入端。
10、进一步的，所述微弱磁场探测装置还包括：聚磁装置，用于提高待测磁场的稳定性。
11、进一步的，所述微弱磁场探测装置还包括：双层pcb板，用于集成所述信号发生电路、所述功率放大电路、所述锁相放大电路、所述二阶滤波电路和所述加法电路。
12、第二方面，提供一种微弱磁场探测方法，包括以下步骤：生成激励信号；对所述激励信号进行功率放大，将放大后的信号输入磁电探头；将所述磁电探头置于待测磁场中，利用所述磁电探头在放大后的激励信号的驱动下生成励磁信号并将待测磁场中的磁信号转化为对应的电信号；根据锁相放大原理对放大后的激励信号和所述磁电探头输出的电信号进行调制；滤除调制后的电信号中的高频噪声，得到目标信号。
13、第三方面，提供一种非接触式电流测量方法，包括以下步骤：生成激励信号；对所述激励信号进行功率放大，将放大后的信号输入磁电探头；将所述磁电探头置于待测导线的上端，利用所述磁电探头在放大后的激励信号的驱动下生成励磁信号并将待测磁场中的磁信号转化为对应的电信号；根据锁相放大原理对放大后的激励信号和所述磁电探头输出的电信号进行调制；滤除调制后的电信号中的高频噪声，得到目标信号。
14、本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
15、1、通过信号发生电路对磁电探头输入激励信号使其工作在最佳状态，可以充分利用传感器本征共振产生的增益值，将低频信号搬移至谐振频率，在共振的有效带宽内进行低频探测，也可避免低频噪声的影响，拓宽检测带宽和探测极限，实现高精度非接触式低频磁场探测。
16、2、将激励信号同时作为锁相放大器的参考信号，保证了解调过程中目标信号与参考信号的相位一致性。
17、3、采用二阶低通滤波电路，将传感器探测范围限制在200hz以内，满足多数低频弱磁场探测场景需求。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种微弱磁场探测装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种微弱磁场探测装置，其特征在于，所述磁电探头包括：激励线圈、磁电复合材料压电层和电极；所述激励线圈缠绕在所述磁电探头的外部，所述激励线圈通过所述磁电探头的输入端连接所述功率放大电路的输出端；所述磁电复合材料压电层和所述电极位于所述磁电探头的内部，所述磁电复合材料压电层通过所述电极连接所述磁电探头的输出端。
3.根据权利要求2所述的一种微弱磁场探测装置，其特征在于，还包括：
4.根据权利要求3所述的一种微弱磁场探测装置，其特征在于，所述锁相放大电路包括：信号输入端P1、信号输入端P2、电容C1、电容C2和AD630芯片；所述信号输入端P1连接所述磁电探头的输出端；所述信号输入端P2连接所述功率放大电路的输出端；所述电容C1的左极板连接所述信号输入端P1，所述电容C1的右极板连接所述AD630芯片的输入端；所述电容C2的左极板连接所述信号输入端P2，所述电容C2的右极板连接所述AD630芯片的输入端；所述AD630芯片的输出端连接所述隔离电容Cx的左极板。
5.根据
6.根据权利要求5所述的一种微弱磁场探测装置，其特征在于，所述加法电路包括：电容C6、电阻R11、电阻R12和电源VCC；所述电容C6的左极板连接所述信号输出端P3；所述电阻R12的一端连接所述电源VCC的正极；所述电阻R11的一端连接所述电源VCC的负极；所述电容C6的右极板、所述电阻R11的另一端和所述电阻R12的另一端共同连接所述模数转换模块的输入端。
7.根据权利要求1-6中任一所述的一种微弱磁场探测装置，其特征在于，还包括：聚磁装置，用于提高待测磁场的稳定性。
8.根据权利要求3-6中任一所述的一种微弱磁场探测装置，其特征在于，还包括：双层PCB板，用于集成所述信号发生电路、所述功率放大电路、所述锁相放大电路、所述二阶滤波电路和所述加法电路。
9.一种微弱磁场探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.一种非接触式电流测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种微弱磁场探测装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种微弱磁场探测装置，其特征在于，所述磁电探头包括：激励线圈、磁电复合材料压电层和电极；所述激励线圈缠绕在所述磁电探头的外部，所述激励线圈通过所述磁电探头的输入端连接所述功率放大电路的输出端；所述磁电复合材料压电层和所述电极位于所述磁电探头的内部，所述磁电复合材料压电层通过所述电极连接所述磁电探头的输出端。
3.根据权利要求2所述的一种微弱磁场探测装置，其特征在于，还包括：
4.根据权利要求3所述的一种微弱磁场探测装置，其特征在于，所述锁相放大电路包括：信号输入端p1、信号输入端p2、电容c1、电容c2和ad630芯片；所述信号输入端p1连接所述磁电探头的输出端；所述信号输入端p2连接所述功率放大电路的输出端；所述电容c1的左极板连接所述信号输入端p1，所述电容c1的右极板连接所述ad630芯片的输入端；所述电容c2的左极板连接所述信号输入端p2，所述电容c2的右极板连接所述ad630芯片的输入端；所述ad630芯片的输出端连接所述隔离电容cx的左极板。
5.根据权利要求4所述的一种微弱磁场探测装置，其特征在于，所述二阶滤波电路包括：电阻r1、电阻r2、电阻r3、电容c3、电容c4、运算放大器和信号输出端p3；所述电阻r1的一端连接所述隔离电容cx的右极板，所述电阻r1的另一端连...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘苏婕，刘明，郭经红，胡忠强，贺辉，周一飞，吴金根，黄辉，李福超，史强，罗睿希，张杰夫，叶子阳，曾兰，王睿晗，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司营销服务中心，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。