交變強磁場環(huán)境下管中移動物體測速裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種管中移動物體速度測量裝置，該裝置能夠在交變強磁場環(huán)境下完成對管中物體進行測速。它包括攜帶永磁鐵的物體1，管道2，線圈3，屏蔽線4，線圈一端引出線5，線圈另一端引出線6，放大、陷波與濾波電路A，NI數(shù)據(jù)采集卡B，電腦與數(shù)據(jù)采集軟件C。其中屏蔽線繞制的線圈3能夠有效屏蔽交變強磁場的干擾，再經(jīng)過后續(xù)的放大、陷波與濾波電路A來抑制交變強磁場的干擾，優(yōu)化整個信號，最后通過數(shù)據(jù)采集部分完成信號的時間標定與物體速度計算。
【專利說明】交變強磁場環(huán)境下管中移動物體測速裝置
(—)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種基于永磁鐵與線圈的測速裝置，具體地說是一種在交變強磁場環(huán)境下對攜帶永磁鐵的物體進行準確測速的裝置。
(二)【背景技術(shù)】
[0002]管中移動物體速度測量在各行各業(yè)都有重要的應(yīng)用，比如:為了維護供水、供暖、油氣等管道的安全，新建的和正在運輸?shù)墓艿蓝家M行清管，清出管道中的積水，雜質(zhì)及其他的腐蝕物。而且國家規(guī)定，運行中的管道都要定期進行清管和管道檢測與維護，而在清管和檢測的過程中，使用的工具是清管器，有的清管器重達2-3噸，在經(jīng)過大陡坡俯沖向下時，可能會直接撞壞管道，推遲正常運輸?shù)臅r間，造成人力和物力的巨大損失。為了避免這種情況，需要在實驗室環(huán)境下對模擬清管器的瞬時速度進行精確測量，以便進行分析，為正常的清管器清管與檢測作業(yè)提供強有力的保證。除此用途以外，在設(shè)計水上管道娛樂設(shè)備時，為了安全起見，在使用之前，都要進行管中速度實驗，以免投入使用后造成人員傷亡。
[0003]目前公知的永磁鐵與線圈測速裝置，由攜帶永磁鐵的物體，管道，分段繞在管道上的漆包線，采集電路，電腦，上位機數(shù)據(jù)采集軟件組成。而分段繞制在管道上的漆包線之間都開路，有多少節(jié)線圈就需要接多少個A/D轉(zhuǎn)換通道，這對于采集電路的A/D通道要求就很高，而且對于每節(jié)線圈的信號無法準確的同時定時，造成不必要的數(shù)據(jù)誤差，這一點對于速度很快的物體影響頗大。整個裝置實際測的速度上限就比較低。除此以外，通常實驗室環(huán)境下，存在各種儀器，比如電機，變頻器，泵等，這樣的環(huán)境會產(chǎn)塵較強的交變磁場，通常為50HZ的工頻干擾，漆包線線圈會產(chǎn)生很強的工頻干擾，那么整個系統(tǒng)采集到的信號很可能就淹沒在了交變信號中，造成無法測速。
(三)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有永磁鐵與線圈測速裝置無法在交變強磁場環(huán)境下測速的問題，本實用新型提供一種A/D通道少，且可在交變強磁場環(huán)境下進行管中移動物體測速的裝置與電路。
[0005]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:使用一條屏蔽線分段繞制線圈，線圈之間是串聯(lián)關(guān)系，線圈兩端引出線先連接采用儀用放大器AD620連接而成的放大器電路，然后連接由F42N50組成的四階大信號陷波電路，最后連接由UA741組成的四階巴特沃斯有源低通濾波器電路，其中儀用放大器AD620的同相輸入端引腳3和反相輸入端引腳2分別接屏蔽線線圈兩端引出線5與6，同時又分別與電阻R15和電阻RlO —端相連，電阻Ri5與電阻Ri0另一端與地相接，引腳5接地，引腳4接雙電源的負極，引腳7接雙電源的正極，引腳I和引腳8分別接電位器VARl的兩端，后接采集設(shè)備。
[0006]本實用新型的有益效果是，布線簡單，能夠在交變強磁場環(huán)境下對管中物體進行測速，且測得物體的速度值更加精確。(四)【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是本實用新型的管中物體速度測量設(shè)備布局圖。
[0008]圖中I為攜帶永磁鐵的物體，2為管道，3為線圈，4為屏蔽線，5為線圈一端引出線，6為線圈另一端引出線，A為放大、陷波與濾波電路，B為NI數(shù)據(jù)采集卡，C為電腦與數(shù)據(jù)采集軟件。
[0009]圖2是本實用新型的放大、陷波與濾波電路原理圖。
[0010]圖中(Ul)為放大電路連接圖，(U2)與(U3)分別為二階大信號陷波電路連接圖，(U4)與(U5)分別為二階有源低通濾波電路連接圖。
[0011](五)【具體實施方式】:
[0012]下面結(jié)合附圖舉例對本實用新型做更詳細地描述:
[0013]在圖1中，攜帶永磁鐵的物體I開始位于管道2入口，用一條屏蔽線根據(jù)管道的長度以及特定段的速度要求，每隔特定距離繞制線圈3，線圈的繞線帶應(yīng)盡量狹窄，線圈與線圈之間串聯(lián)屏蔽線4，屏蔽線線圈兩端引出線5和引出線6，與放大、陷波與濾波電路A相連，然后將放大、陷波與濾波電路A的雙電源負極與濾波輸出信號線分別與NI采集卡B的地線和信號線對應(yīng)相接，將采集卡的USB 口與電腦相接，運行數(shù)據(jù)采集軟件C記錄時間與信號數(shù)據(jù)。
[0014]在圖2中，采用儀用放大器AD620連接成放大電路(Ul)，其中儀用放大器AD620的同相輸入端引腳3和反相輸入端引腳2分別接屏蔽線線圈兩端引出線5與引出線6，同時又分別與電阻R15和電阻RlO —端相連，電阻R15與電阻RlO另一端與地相接，引腳5接地，引腳4接雙電源的負極，引腳7接雙電源的正極，引腳I和引腳8分別接電位器VARl的兩端，通過調(diào)節(jié)電位器VARl可對線圈信號進行放大調(diào)節(jié)。
[0015]陷波電路說明，將放大電路(Ul)中儀用放大器AD620的引腳6作為放大信號的輸出端與二階陷波電路(U2)中F42N50的引腳I通過電阻R9間接相接，引腳2接雙電源的負極，并與接地電容C12的非接地端相連，引腳5接雙電源的正極，并與接地電容Cll的非接地端相連，引腳3與接地電阻Rll的非接地端相連，引腳4接地，引腳6和引腳7接電阻R12兩端，引腳7作為信號輸出端與二階陷波電路(U3)中F42N50的引腳I通過電阻R16間接相連，且二階陷波電路(U3)中F42N50的引腳2，引腳3，引腳4，引腳5，引腳6，引腳7的連接方式與二階陷波電路(U2)相同，這樣二階陷波電路(U2)與(U3)就組成四階陷波電路，可濾除交變強磁場產(chǎn)生的干擾信號。
[0016]濾波電路說明，將二階陷波電路(U3)中F42N50的引腳7與二階有源低通濾波電路(U4)的電阻Rl相連，電阻Rl另一端分別連接電阻R2與電容C2，電阻R2另一端與二階有源低通濾波電路(U4)中UA741的引腳3相連，同時又與接地電容Cl的非接地端相接，電容C2另一端接UA741的引腳6，其引腳2同時連接電阻R7與電阻R5，電阻R7另一端接地，電阻R5另一端接引腳6，其引腳4接雙電源的負極，引腳7接雙電源正極。引腳6作為信號輸出端與二階有源低通濾波電路(U5)的電阻R4相連，且(U5)的電路連接方式與(U4)相同，只是電阻的阻值不同。這樣二階有源低通濾波電路(U4)與(U5)就串聯(lián)成為四階有源低通濾波器?？梢詫€圈信號進行整體的濾波處理，濾除高頻干擾以及元器件的噪聲。
[0017]管中物體測速方法:
[0018]結(jié)合圖2，根據(jù)管中物體的具體形狀和材質(zhì)，把磁力線密度大和盡可能多的磁鐵安置在物體上，可采用膠帶或磁力吸附固定，本例采用磁力吸附固定。這樣攜帶永磁鐵的物體1，在力的作用下經(jīng)過管道2，管道材質(zhì)為透明塑料，也可為其他金屬，長度為10米，穿過多個屏蔽線線圈3產(chǎn)生感應(yīng)電信號，該信號通過屏蔽線線圈兩端引出線5與引出線6引出，經(jīng)過放大、陷波與濾波電路A對信號進行放大，對交變強磁場信號進行陷波，對高頻干擾和元器件噪聲進行濾除，然后使用NI采集卡單一 A/D通道，通過Labview編程軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與時間標定，最后經(jīng)過人工對數(shù)據(jù)進行分析與處理，得到各線圈信號之間的時間。
[0019]分析數(shù)據(jù)時，每一個信號數(shù)據(jù)對應(yīng)相應(yīng)的采集時間，攜帶永磁鐵的物體經(jīng)過線圈時，信號數(shù)據(jù)會出現(xiàn)明顯的幅值變化，選擇變化最大的信號數(shù)據(jù)作為當前物體經(jīng)過的標志，并記錄對應(yīng)的時間，這樣依次就可以得到經(jīng)過所有線圈時的時間，然后采用物體速度計算公式:v = d/t，其中d為兩線圈之間的距離，可以直接通過測量得到；t為兩線圈產(chǎn)生信號之間的時間，可以通過物體經(jīng)過兩線圈時的時間相減得到。所有的條件可知，便可計算得出物體的速度。
【權(quán)利要求】
1.一種交變強磁場環(huán)境下管中移動物體測速裝置，其特征是:使用一條屏蔽線分段繞制線圈，線圈之間是串聯(lián)關(guān)系，線圈兩端引出線先連接采用儀用放大器AD620連接而成的放大器電路，然后連接由F42N50組成的四階大信號陷波電路，最后連接由UA741組成的四階巴特沃斯有源低通濾波器電路，其中儀用放大器AD620的同相輸入端引腳3和反相輸入端引腳2分別接屏蔽線線圈兩端引出線5與6，同時又分別與電阻R15和電阻RlO —端相連，電阻R15與電阻RlO另一端與地相接，引腳5接地，引腳4接雙電源的負極，引腳7接雙電源的正極，引腳I和引腳8分別接電位器VARl的兩端，后接采集設(shè)備。
2.如權(quán)利要求1所述的交變強磁場環(huán)境下管中移動物體測速裝置，其特征是:使用屏蔽線繞制每節(jié)線圈，線圈的繞線帶應(yīng)盡量狹窄，且圈數(shù)應(yīng)在3-6圈之內(nèi)。
【文檔編號】G01P3/66GK203658392SQ201320497221
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年8月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月9日
【發(fā)明者】張仕民, 王思凡, 王文明, 李亨濤, 張行, 陳迎春, 焦泉, 趙文俊, 梅旭濤, 郭甜業(yè) 申請人:中國石油大學(xué)(北京)