專利名稱：電磁輻射信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電磁測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電磁輻射信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
混凝土大量使用在橋梁、大壩等結(jié)構(gòu)中，受工作載荷作用，混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)裂紋并伴隨出現(xiàn)頻率在IMHz以下的電磁輻射信號(hào)，監(jiān)測(cè)這種電磁輻射信號(hào)有助于監(jiān)測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)的完整性。由于混凝土破裂電磁輻射信號(hào)微弱，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)易受環(huán)境電磁干擾而影響正常工作，解決監(jiān)測(cè)裝置的電磁屏蔽和工作穩(wěn)定性是需要解決的重要問題?！稁r石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》2001年第6期797-800頁(yè)有篇“混凝土受壓破裂過程中的電磁信號(hào)”的文章介紹為了排除外界電磁干擾，將實(shí)驗(yàn)樣品和探頭放在電磁屏蔽箱內(nèi)，該文 章沒有介紹前放的抗干擾和隔離問題，而前放引入的干擾是系統(tǒng)不穩(wěn)定的重要因素。2009年中國(guó)地震局地質(zhì)研究所有篇碩士學(xué)位論文“巖石變形與電磁輻射的實(shí)驗(yàn)研究”采用將線圈傳感器和前置放大器放入屏蔽室的辦法抗干擾，該論文沒有介紹采集設(shè)備、二級(jí)放大器引入干擾的隔離問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題之一或至少提供一種有用的商業(yè)選擇。為此，本發(fā)明的目的在于提出一種具有抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的電磁輻射信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電磁輻射信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置，包括監(jiān)測(cè)探頭，用于感應(yīng)監(jiān)測(cè)電磁輻射信號(hào)，并感應(yīng)出電信號(hào)；防干擾保護(hù)電路，所述防干擾保護(hù)電路連接在所述監(jiān)測(cè)探頭與放大濾波電路之間，用于防止環(huán)境中峰值脈沖干擾；放大濾波電路，所述放大濾波電路的輸入端與所述防干擾保護(hù)電路相連，用于將所述電信號(hào)進(jìn)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，用于將放大和濾波后的電信號(hào)進(jìn)行光電隔離后輸出，防止干擾信號(hào)從輸出端引回放大濾波電路；計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)與所述光電隔離電路的輸出端相連，包括信號(hào)采集卡、波形顯示單元和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，所述計(jì)算機(jī)用于對(duì)所述光電隔離電路輸出的信號(hào)進(jìn)行采集、顯示、存儲(chǔ)和分析計(jì)算。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述監(jiān)測(cè)探頭與所述防干擾保護(hù)電路之間通過屏蔽連接電纜相連。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述防干擾保護(hù)電路包括第一快速二極管和第二快速二極管，所述第一快速二極管與所述第二快速二極管按照正、反的順序進(jìn)行并聯(lián)，并連接在所述放大電路的輸入端。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述放大濾波電路為多級(jí)放大濾波電路。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述信號(hào)采集卡具有重觸發(fā)和預(yù)采樣功能，并且數(shù)據(jù)采集的單次最大記錄長(zhǎng)度不小于1ms。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括屏蔽盒，其中，所述防干擾保護(hù)電路、放大濾波電路、光電隔離電路安裝在同一個(gè)屏蔽盒內(nèi)；和多個(gè)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后兩部分電路分別用兩組不同的所述供電電池組供電。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的電磁輻射信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能有效避免環(huán)境噪聲對(duì)電路穩(wěn)定性的影響，具有較高信噪比，適用頻率范圍較廣(例如IOOHf 1MHz)。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)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(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中
圖I是本發(fā)明實(shí)施例的電磁輻射信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的放大電路模塊的電路示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的濾波電路模塊的電路示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例的光電隔離電路的電路示意圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)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(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)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(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定。在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語(yǔ)應(yīng)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(jī)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(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。本發(fā)明的目的在于提供一種混凝土破裂電磁輻射信號(hào)監(jiān)測(cè)的技術(shù)。該裝置可以檢測(cè)微弱的混凝土破裂電磁輻射信號(hào)，屏蔽環(huán)境干擾噪聲，使外界干擾不影響監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常工作。如圖I所示，本發(fā)明提出一種電磁輻射信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置，包括監(jiān)測(cè)探頭10、防干擾保護(hù)電路20、放大濾波電路30、光電隔離電路40以及計(jì)算機(jī)50。具體地監(jiān)測(cè)探頭10用于感應(yīng)監(jiān)測(cè)電磁輻射信號(hào)，并感應(yīng)出電信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)測(cè)探頭采用直徑45mm的50匝空心漆包線線圈。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，可以將待測(cè)的電磁輻射信號(hào)感應(yīng)為電信號(hào)。防干擾保護(hù)電路20連接在監(jiān)測(cè)探頭10與放大濾波電路30之間，用于防止環(huán)境中峰值脈沖干擾。在一個(gè)實(shí)施例中，防干擾保護(hù)電路包括第一快速二極管Dl和第二快速二極 管D2，第一快速二極管Dl與第二快速二極管D2按照正、反的順序進(jìn)行并聯(lián)。Dl和D2正反并聯(lián)組成箝位限壓電路，這2個(gè)二極管連接在放大電路的輸入端，并且距離放大濾波電路的第一級(jí)運(yùn)放輸入端盡可能近。該防干擾保護(hù)電路的工作原理是假設(shè)監(jiān)測(cè)探頭接收到環(huán)境中的一個(gè)峰值脈沖干擾，若該干擾電信號(hào)峰值大于二極管的導(dǎo)通電壓(例如O. 7V)，二極管導(dǎo)通，干擾信號(hào)電壓被鉗位在二極管正向?qū)妷?例如O. 7V)，干擾電信號(hào)不能傳遞給后面的放大濾波電路30。需要說明的是，為達(dá)到更好地屏蔽結(jié)果，監(jiān)測(cè)探頭10與防干擾保護(hù)電路20之間一般通過屏蔽連接電纜相連。具體的，屏蔽連接電纜可采用2芯鐵絲網(wǎng)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(zhǎng)度波阻抗約為70. 887歐姆，線纜長(zhǎng)I米。放大濾波電路30的輸入端與防干擾保護(hù)電路20的輸出端相連，用于將所述電信號(hào)進(jìn)行放大和濾波。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中放大濾波電路為多級(jí)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(shí)施例。其中，放大電路模塊采用2片AD797AR運(yùn)放組成的2級(jí)放大電路，第一級(jí)放大倍數(shù)50倍，第二級(jí)放大100倍，具體參數(shù)見圖2。圖2中U1、U2為高線性度低噪聲運(yùn)算放大器AD797AR，R1至R4為兩級(jí)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。濾波電路模塊采用I片AD797AR運(yùn)放組成二階濾波電路，具體參數(shù)見圖3。圖3中U3為高線性度低噪聲運(yùn)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，用于將放大和濾波后的電信號(hào)進(jìn)行光電隔離后輸出，防止干擾信號(hào)從輸出端引回放大濾波電路。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，光電隔離電路40如圖4示，采用3個(gè)AD797AR運(yùn)放和2個(gè)高線性度模擬光電耦合器和一些電阻、電容、整流二極管，按圖4連接而成。圖中U4、U5為高線性度低噪聲運(yùn)算放大器AD797AR，它與電阻R8、R9、RIO、RlI、電容C16、C17、二極管D3、D4組成光耦驅(qū)動(dòng)電路。0C1、0C2為高線性度模擬光電稱合器,用于將輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào),經(jīng)過光耦合，再轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，防止電氣直接連接產(chǎn)生的干擾。U6為AD797AR，它與R12、C30所構(gòu)成的電路將光耦合器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。C18至C29為U4、U5、U6電源的去耦電容。R13與C31構(gòu)成低通濾波電路。計(jì)算機(jī)50與所述光電隔離電路40的輸出端相連，包括信號(hào)采集卡、波形顯示單元和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，所述計(jì)算機(jī)用于對(duì)所述光信號(hào)進(jìn)行采集、顯示、存儲(chǔ)和分析計(jì)算。其中，信號(hào)采集卡具有重觸發(fā)和預(yù)采樣功能，并且數(shù)據(jù)采集的最大記錄長(zhǎng)度不小于1ms。在本發(fā)明的上述實(shí)施例中，優(yōu)選地，還包括屏蔽盒60和多個(gè)供電電池組70。其中，防干擾保護(hù)電路20、放大濾波電路30、光電隔離電路40安裝在同一個(gè)屏蔽盒60內(nèi)。多個(gè)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的隔離前后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(gè)運(yùn)放電路共用一組可充電鋰電池組，圖4右邊的運(yùn)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(tǒng)也是電氣隔離的。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的電磁輻射信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能有效避免環(huán)境噪聲對(duì)電路穩(wěn)定性的影響，具有較高信噪比，適用頻率范圍較廣(例如IOOHf 1MHz)。在本說明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示 例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
權(quán)利要求
1.一種電磁輻射信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，包括 監(jiān)測(cè)探頭，用于感應(yīng)監(jiān)測(cè)電磁輻射信號(hào)，并感應(yīng)出電信號(hào)； 防干擾保護(hù)電路，所述防干擾保護(hù)電路連接在所述監(jiān)測(cè)探頭與放大濾波電路之間，用于防止環(huán)境中峰值脈沖干擾； 放大濾波電路，所述放大濾波電路的輸入端與所述防干擾保護(hù)電路相連，用于將所述電信號(hào)進(jìn)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，用于將放大和濾波后的電信號(hào)進(jìn)行光電隔離后輸出，防止干擾信號(hào)從輸出端引回放大濾波電路； 計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)與所述光電隔離電路的輸出端相連，包括信號(hào)采集卡、波形顯示單元和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，所述計(jì)算機(jī)用于對(duì)所述光電隔離電路輸出的信號(hào)進(jìn)行采集、顯示、存儲(chǔ)和分析計(jì)算。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于所述監(jiān)測(cè)探頭與所述防干擾保護(hù)電路之間通過屏蔽連接電纜相連。
3.如權(quán)利要求I和2所述的裝置，其特征在于所述防干擾保護(hù)電路包括第一快速二極管和第二快速二極管，所述第一快速二極管與所述第二快速二極管按照正、反的順序進(jìn)行并聯(lián)，并連接在所述放大電路的輸入端。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述放大濾波電路為多級(jí)放大濾波電路。
5.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述信號(hào)采集卡具有重觸發(fā)和預(yù)采樣功能，并且數(shù)據(jù)采集的單次最大記錄長(zhǎng)度不小于1ms。
6.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，還包括 屏蔽盒，其中，所述防干擾保護(hù)電路、放大濾波電路、光電隔離電路安裝在同一個(gè)屏蔽盒內(nèi)；和 多個(gè)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后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(fā)明提出一種電磁輻射信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置，包括監(jiān)測(cè)探頭，用于感應(yīng)監(jiān)測(cè)電磁輻射信號(hào)，并感應(yīng)出電信號(hào)；防干擾保護(hù)電路，用于防止環(huán)境中峰值脈沖干擾；放大濾波電路，用于將電信號(hào)進(jìn)行放大和濾波；光電隔離電路，用于將放大和濾波后的電信號(hào)進(jìn)行光電隔離后輸出，防止干擾信號(hào)從輸出端引回放大濾波電路；計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)包括信號(hào)采集卡、波形顯示單元和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，計(jì)算機(jī)用于對(duì)光電隔離電路輸出的信號(hào)進(jìn)行采集、顯示、存儲(chǔ)和分析計(jì)算。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R1/18GK102944758SQ20121050774
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者黃松嶺, 林鵬, 趙偉, 王珅, 魏爭(zhēng) 申請(qǐng)人:清華大學(xué)