一種多通道磁傳感器檢測和數(shù)據(jù)采集電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多通道磁傳感器檢測和數(shù)據(jù)采集電路，包括：將磁場轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)并進(jìn)行濾波的傳感器陣列，將傳感器模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并串行傳輸?shù)铰┐艡z測數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集電路，以及將供電電源轉(zhuǎn)換為傳感器陣列和數(shù)據(jù)采集電路所需的模擬電源、數(shù)字電源、參考電壓的電壓轉(zhuǎn)換電路。本發(fā)明的多通道磁傳感器檢測和數(shù)據(jù)采集電路，實(shí)現(xiàn)了多傳感器高密度集成，減少了多傳感器傳輸電纜，滿足了漏磁內(nèi)檢測器小型化的客觀需求。
【專利說明】一種多通道磁傳感器檢測和數(shù)據(jù)采集電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多通道磁信號(hào)檢測和數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，尤其涉及一種多通道磁傳感器檢測和數(shù)據(jù)采集電路。

【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于長輸油氣管道尤其是海底長距離輸油輸氣管道的腐蝕檢測，目前常用的方式之一為管道漏磁內(nèi)檢測方法。管道漏磁內(nèi)檢測方法利用了管道漏磁內(nèi)檢測系統(tǒng)靠油壓在管道內(nèi)運(yùn)行的磁化器使管道局部處于磁化飽和狀態(tài)，管道漏磁內(nèi)檢測系統(tǒng)上的傳感器陣列會(huì)獲取缺陷漏磁場信號(hào)，記錄并存儲(chǔ)檢測信號(hào)，在管道末端取出存儲(chǔ)器并分析已記錄的數(shù)據(jù)，得到管道安全狀況及缺陷分布。
[0003]為了提高漏磁檢測的分辨率，需要增加磁傳感器數(shù)量，加大傳感器陣列的密度，以獲取更多獨(dú)立通道的漏磁信號(hào)。如果將每個(gè)傳感器的漏磁信號(hào)以獨(dú)立的信號(hào)通道進(jìn)行采集，就需要更多的傳感器數(shù)量，因此相應(yīng)的需要更多的數(shù)據(jù)電纜，給密封帶來困難，也會(huì)增加信號(hào)線相互之間的干擾，不便于高密度傳感器陣列大規(guī)模集成。故此需要將多通道的磁傳感器模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行串行傳輸，以實(shí)現(xiàn)小型化、高密度磁傳感器檢測系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于管道漏磁檢測的小型化、低功耗的多通道磁傳感器電路和數(shù)據(jù)采集電路，實(shí)現(xiàn)了多傳感器高密度集成，減少了多傳感器傳輸電纜，為小型化漏磁內(nèi)檢測器的實(shí)現(xiàn)提供了重要基礎(chǔ)。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種多通道磁傳感器檢測和數(shù)據(jù)采集電路，所述電路配置在一塊印制板上，安裝在管道漏磁檢測軸向磁化裝置的磁路的中心，通過5芯電纜與管道漏磁檢測數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)接口 ；所述多通道磁傳感器檢測和數(shù)據(jù)采集電路包括將磁場轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)并進(jìn)行濾波的傳感器陣列，將傳感器模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并串行傳輸?shù)铰┐艡z測數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集電路，以及將供電電源轉(zhuǎn)換為傳感器陣列和數(shù)據(jù)采集電路所需的模擬電源、數(shù)字電源、參考電壓的電壓轉(zhuǎn)換電路；所述多通道磁傳感器檢測和數(shù)據(jù)采集電路與管道漏磁檢測數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的接口信號(hào)包括:供電電源、供電電源地、數(shù)據(jù)采集啟動(dòng)信號(hào)、數(shù)據(jù)傳輸時(shí)鐘信號(hào)、串行數(shù)據(jù)信號(hào)，并分別通過5芯電纜中獨(dú)立的1芯導(dǎo)線進(jìn)行傳輸。
[0006]優(yōu)選地，所述傳感器陣列由多個(gè)將磁場轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)的3端片式集成直插式線性輸出霍爾傳感器，以及與霍爾傳感器一一對(duì)應(yīng)連接的進(jìn)行低通濾波的濾波器組成。
[0007]優(yōu)選地，所述多個(gè)3端片式集成直插式線性輸出霍爾傳感器布置為3排，每一排內(nèi)的霍爾傳感器之間的間距均勻，其中第1排霍爾傳感器沿敏感方向與待檢管道軸向一致的方向安裝，第2排霍爾傳感器沿敏感方向與待檢管道徑向一致的方向安裝，第3排霍爾傳感器沿敏感方向與待檢管道徑向一致的周向安裝，每一排內(nèi)的霍爾傳感器安裝高度線為弧形，保證霍爾傳感器的敏感中心與待檢測管道內(nèi)圓周面的距離一致。
[0008]優(yōu)選地，所述第1排霍爾傳感器與軸向磁化裝置的磁路兩個(gè)磁鐵的軸向距離相同。
[0009]優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集電路由帶多路開關(guān)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、對(duì)模擬電壓信號(hào)進(jìn)行放大的放大電路、以及進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取和傳輸?shù)腃PLD組成。
[0010]優(yōu)選地，所述帶多路開關(guān)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的多路開關(guān)輸出端和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端分別以獨(dú)立的引腳引出，模擬輸入通道分別接入經(jīng)低通濾波后的傳感器模擬信號(hào)連接，帶多路開關(guān)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字接口形式為串行接口。
[0011]優(yōu)選地，所述放大電路接在所述多路開關(guān)輸出端和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端之間，形式是同相放大，將多路開關(guān)輸出信號(hào)進(jìn)行放大后接入模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端。
[0012]優(yōu)選地，所述CPLD通過第一串行接口與所述帶多路開關(guān)的模數(shù)轉(zhuǎn)化器接口，讀取Α/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；通過第二串行接口將讀取的Α/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)傳輸?shù)铰┐艡z測數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。
[0013]優(yōu)選地，所述電壓轉(zhuǎn)換電路通過穩(wěn)壓器將供電電源轉(zhuǎn)換為數(shù)字電源，通過磁珠將供電電源和模擬電源隔離，通過參考源將模擬電源轉(zhuǎn)換為參考電壓，分別通過磁珠將供電電源地與數(shù)字電源地和模擬電源地隔離。
[0014]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的一種多通道磁傳感器檢測和數(shù)據(jù)采集電路，實(shí)現(xiàn)了多傳感器高密度集成，減少了多傳感器傳輸電纜，滿足了漏磁內(nèi)檢測器小型化的客觀需求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的多通道磁傳感器檢測和數(shù)據(jù)采集電路的組成框圖；
[0016]圖2是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的傳感器及濾波器連接圖；
[0017]圖3是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的傳感器安裝方式示意圖；
[0018]圖4是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的軸向傳感器安裝高度示意圖；
[0019]圖5是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的采集電路框圖
[0020]圖6是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的電壓轉(zhuǎn)換電路框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和示例對(duì)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0022]圖1是本發(fā)明的多通道磁傳感器檢測和數(shù)據(jù)采集電路組成框圖。多通道磁傳感器檢測和數(shù)據(jù)采集電路包括:傳感器陣列1、數(shù)據(jù)采集電路2和電壓轉(zhuǎn)換電路3。其中傳感器陣列1可以將磁場轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)并進(jìn)行濾波，數(shù)據(jù)采集電路2能將傳感器陣列輸出的多路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并串行形式輸出到漏磁檢測數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，電壓轉(zhuǎn)換電路3將供電電源VCC轉(zhuǎn)換為傳感器陣列1和數(shù)據(jù)采集電路2所需的模擬電源VA、數(shù)字電源VD、參考電壓VREF。傳感器陣列1、數(shù)據(jù)采集電路2和電壓轉(zhuǎn)換電路3配置在一塊印制板上，安裝在管道漏磁檢測軸向磁化裝置的磁路單元的中心，通過5芯電纜與管道漏磁檢測數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)接口，接口信號(hào)包括:供電電源VCC、供電電源地GND、數(shù)據(jù)采集啟動(dòng)信號(hào)TR、數(shù)據(jù)傳輸時(shí)鐘信號(hào)CLK、串行數(shù)據(jù)信號(hào)DATA，分別通過所述5芯電纜中獨(dú)立的1芯導(dǎo)線傳輸。傳感器陣列由12個(gè)霍爾傳感器以及對(duì)應(yīng)連接的濾波器組成。本發(fā)明傳感器陣列的多路模擬信號(hào)數(shù)字化后，以串行形式傳輸，有效節(jié)省了傳輸數(shù)據(jù)線的數(shù)量，有利于電纜密封，減少了信號(hào)線相互之間的干擾。
[0023]圖2為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的霍爾傳感器4與濾波器5連接圖，其中霍爾傳感器其采用3端片式集成直插式線性輸出霍爾傳感器，其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，體積小，便于小型化、高密度集成，直插式的封裝形式便于以不同高度、3個(gè)不同敏感方向安裝。濾波器采用RC低通濾波器，可以在滿足濾波要求的同時(shí)將元器件數(shù)量減少到最少、體積減小到最小，便于小型化、高密度集成。濾波器對(duì)霍爾傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行低通濾波，輸出濾除高頻干擾的模擬電壓信號(hào)。
[0024]圖3為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的傳感器安裝方式示意圖，12個(gè)霍爾傳感器分3排安裝，每一排內(nèi)的霍爾傳感器之間的間距均勾，其中第1排6個(gè)霍爾傳感器沿敏感方向與待檢管道軸向一致的方向安裝，第2排4個(gè)霍爾傳感器沿敏感方向與待檢管道徑向一致的方向安裝，第3排2個(gè)霍爾傳感器沿敏感方向與待檢管道徑向一致的周向安裝。三個(gè)方向的傳感器數(shù)量與該方向的磁場信號(hào)重要性一致，軸向磁場信號(hào)最重要，軸向敏感傳感器數(shù)量最多，徑向磁場信號(hào)重要性次之，徑向敏感傳感器數(shù)量次之，軸向磁場信號(hào)重要性最小，周向敏感傳感器數(shù)量最少，這樣做可以較少傳感器獲取全部信息，有效減小體積和功耗。每一排內(nèi)的霍爾傳感器安裝高度線為弧形，保證霍爾傳感器的敏感中心與待檢測管道內(nèi)圓周面的距離一致。
[0025]圖4為第1排6個(gè)霍爾傳感器安裝高度示意圖，第2排和第3排霍爾傳感器安裝高度按此規(guī)律執(zhí)行，這樣可保證傳感器提離值一致，從而使基底磁場一致，有利于信號(hào)分析。第1排6個(gè)霍爾傳感器與軸向磁化裝置的磁路的兩個(gè)磁鐵的軸向距離相同，可以將基底磁場減小到最小，避免傳感器飽和，充分理由其測量范圍測量漏磁場。
[0026]圖5為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的數(shù)據(jù)采集電路框圖，由帶多路開關(guān)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器6、放大電路9和CPLD 10組成。其中帶多路開關(guān)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器6的多路開關(guān)7輸出端MXO和模數(shù)轉(zhuǎn)換器8的輸入端AINP分別以獨(dú)立的引腳引出，多路開關(guān)7的12個(gè)模擬輸入通道分別接入傳感器陣列輸出的12路模擬電壓信號(hào)。放大電路9的接在所述多路開關(guān)輸出端MXO和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端之間AINP，這種連接形式可讓12路模擬信號(hào)通過多路開關(guān)復(fù)用1個(gè)放大電路，可有效減小放大電路體積和功耗。放大電路9接成同相放大的形式，可以在只使用一個(gè)運(yùn)算放大器放大信號(hào)的同時(shí)保持其相位不變，可減小體積和功耗；放大電路9以參考電壓VREF為參考平面，可以對(duì)兩個(gè)方向的磁場模擬電壓信號(hào)進(jìn)行方法，避免放大器飽和；電容C1和C2可以有效濾除多路開關(guān)切換過程中帶來的高頻干擾。帶多路開關(guān)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器6的數(shù)字接口形式是SPI串行接口。CPLD 10通過第一串行接口與所述帶多路開關(guān)的模數(shù)轉(zhuǎn)化器接口，讀取Α/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，通過第二串行接口將讀取的Α/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)傳輸?shù)铰┐艡z測數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。
[0027]圖6為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的電壓轉(zhuǎn)換電路框圖，通過穩(wěn)壓器11將供電電源VCC轉(zhuǎn)換為數(shù)字電源VD，通過磁珠將供電電源VCC和模擬電源VA隔離，通過參考源12將模擬電源VA轉(zhuǎn)換為參考電壓VREF，分別通過磁珠將供電電源地GND與數(shù)字電源地DGND和模擬電源地AGND隔離。本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的電壓轉(zhuǎn)換電路，模擬電源和數(shù)字電源、模擬電源地和數(shù)字電源地均隔離，可避免相互之間的影響；整體采取單電源供電，無需負(fù)電壓變換電路，可以減小電路體積和功耗。
[0028]本發(fā)明不僅局限于上述【具體實(shí)施方式】，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實(shí)施例和附圖公開的內(nèi)容，可以采用其它多種【具體實(shí)施方式】實(shí)施本發(fā)明。因此，凡是采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路和結(jié)構(gòu)，做一些簡單的變化或更改的設(shè)計(jì)，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種多通道磁傳感器檢測和數(shù)據(jù)采集電路，其特征在于， 所述電路配置在一塊印制板上，安裝在管道漏磁檢測軸向磁化裝置的磁路的中心，通過5芯電纜與管道漏磁檢測數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)接口 ； 所述電路具體包括:將磁場轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)并進(jìn)行濾波的傳感器陣列，將傳感器模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并串行傳輸?shù)铰┐艡z測數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集電路，以及將供電電源轉(zhuǎn)換為傳感器陣列和數(shù)據(jù)采集電路所需的模擬電源、數(shù)字電源、參考電壓的電壓轉(zhuǎn)換電路； 所述電路與管道漏磁檢測數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的接口信號(hào)包括:供電電源、供電電源地、數(shù)據(jù)采集啟動(dòng)信號(hào)、數(shù)據(jù)傳輸時(shí)鐘信號(hào)、串行數(shù)據(jù)信號(hào)，并分別通過5芯電纜中獨(dú)立的I芯導(dǎo)線進(jìn)行傳輸。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述傳感器陣列由多個(gè)將磁場轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)的3端片式集成直插式線性輸出霍爾傳感器、以及與霍爾傳感器一一對(duì)應(yīng)連接的進(jìn)行低通濾波的濾波器組成。
3.如權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于，所述多個(gè)3端片式集成直插式線性輸出霍爾傳感器布置為3排，每一排內(nèi)的霍爾傳感器之間的間距均勻，其中第I排霍爾傳感器沿敏感方向與待檢管道軸向一致的方向安裝，第2排霍爾傳感器沿敏感方向與待檢管道徑向一致的方向安裝，第3排霍爾傳感器沿敏感方向與待檢管道徑向一致的周向安裝，每一排內(nèi)的霍爾傳感器安裝高度線為弧形，保證霍爾傳感器的敏感中心與待檢測管道內(nèi)圓周面的距離一致。
4.如權(quán)利要求3所述的電路，其特征在于，所述第I排霍爾傳感器與軸向磁化裝置的磁路兩個(gè)磁鐵的軸向距離相同。
5.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集電路由帶多路開關(guān)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、對(duì)模擬電壓信號(hào)進(jìn)行放大的放大電路、以及進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取和傳輸?shù)腃PLD組成。
6.如權(quán)利要求5所述的電路，其特征在于，所述帶多路開關(guān)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的多路開關(guān)輸出端和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端分別以獨(dú)立的引腳引出，模擬輸入通道分別接入經(jīng)低通濾波后的傳感器模擬信號(hào)連接，帶多路開關(guān)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字接口形式為串行接口。
7.如權(quán)利要求5所述的電路，其特征在于，所述放大電路接在所述多路開關(guān)輸出端和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端之間，形式是同相放大，將多路開關(guān)輸出信號(hào)進(jìn)行放大后接入模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端。
8.如權(quán)利要求5所述的電路，其特征在于，所述CPLD通過第一串行接口與所述帶多路開關(guān)的模數(shù)轉(zhuǎn)化器接口，讀取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；通過第二串行接口將讀取的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)傳輸?shù)铰┐艡z測數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。
9.如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的電路，其特征在于，所述電壓轉(zhuǎn)換電路通過穩(wěn)壓器將供電電源轉(zhuǎn)換為數(shù)字電源，通過磁珠將供電電源和模擬電源隔離，通過參考源將模擬電源轉(zhuǎn)換為參考電壓，分別通過磁珠將供電電源地與數(shù)字電源地和模擬電源地隔離。
【文檔編號(hào)】F17D5/06GK104500982SQ201410679549
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】熊鑫, 鄭莉, 駱振龍, 許振豐 申請(qǐng)人:北京華航無線電測量研究所