一种螺线管线圈的磁轴测量系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种螺线管线圈的磁轴测量系统，所述系统包括：穿过待测螺线管线圈的金属悬丝，金属悬丝两端均绕过定位滑轮后与牵引重物连接；金属悬丝分别穿过两个互相垂直安装的水平方向光电探测器中部、竖直方向光电探测器中部；金属悬丝分别穿过两个互相垂直安装的亥姆霍兹线圈中部；其中，光电探测器的发光头均连接有一驱动线路，光电探测器的接收头均连接有一信号检测线路；金属悬丝与待测螺线管线圈均分别连接有一驱动电源；其中，光电探测器发光头的驱动线路采用恒流电流驱动。提高测量系统抵抗外界干扰信号影响的能力。

A Magnetic Axis Measuring System for Solenoid Coil

【技术实现步骤摘要】
一种螺线管线圈的磁轴测量系统
本技术涉及螺线管线圈的磁轴测量领域，具体地，涉及一种基于悬丝法的螺线管线圈的磁轴测量系统。
技术介绍
用悬丝法进行螺线管线圈的磁轴测量是目前非常通用的一种磁轴测量方法，其中比较关键的测量部分是对细小悬丝振动位置的非接触测量。悬丝是直径约0.1mm左右水平放置的金属丝，并穿过螺线管线圈中间，两端由重物牵引绷直，在不进行测量时是静止的。当需要测量时，其上需要通电，并且螺线管线圈也要通电，这样螺线管中间会产生轴向磁场。如果悬丝没有处于磁轴上，必然会因为横向磁场分量的作用导致悬丝受到一定的横向力作用而振动起来，振动的幅度变化量及形状等与磁轴的大小(即磁轴偏移与倾角)有关。如果能够测量出悬丝的振动情况，就可以计算出磁轴的大小。在基于悬丝法的磁轴测量系统中，悬丝的振动是采用光电开关类型的探测器进行探测的。探测器是由相对放置的一对很小的发光头及光接收头组成，发光头发射光线，接收头接收光线并在其中产生对应的光电流，光电流的大小与接收到的光线多少相关；将悬丝置于发光头与接收头中间，悬丝会阻挡发光头所发射的光线进入接收头。当悬丝振动时，其阻挡的光线部分发生变化，导致接收头获得的光线也产生变化，并在其中产生变化的光电流，对应悬丝的振动幅度；因此，探测到光电流的变化也就探测到悬丝的振动情况。但是，探测器的工作电流一般在数毫安左右，而可以变化的光电流约在数微安左右；在目前的悬丝振动测量中，采用的方法是先使用一个电阻来将探测器的工作电流与信号电流一起转化为电压信号，由于其中的直流信号水平较高，就必须再使用一个高倍数(50倍到100倍)的隔直交流放大器来对其中的微小变化的电压信号进行放大以获得测量数据的。在这个测量过程中，为了获得微小信号变化而采用了交流隔直放大器，因此，该测量系统不能获得探测器的直流工作信息，实际上也就不能获得悬丝静止状态的位置信息；一般而言，需要悬丝处于探测器的中间位置才好获取到比较好的测量信号，为了将悬丝位置调节到探测器的中间位置，往往使用非常昂贵的激光跟踪仪来完成这项调节工作，并且因为对准精度限制的原因，也仍然存在不能非常精确地对准的问题，因此在一定程度上对悬丝的振动探测会产生影响。另一方面，由于悬丝上施加的脉冲驱动电流的频率较低，一般在20Hz左右，为了尽量获得振动中的低频信号，采用的隔直电容器的容量是很大的，达到约1000μf以上，这可能给信号耦合带来一定问题。在这样的测量系统中，获得的磁轴测量信号与倾斜测量信号始终存在一定的耦合现象，不是很好地可以分离的，对最终的磁轴参数产生不良影响，不能更进一步地提高磁轴测量的精度。由于悬丝振动的位置测量系统中均普遍地采用了基于单纯信号放大的原理，无论具体采用何种测量线路，但从未脱离过这一原理，导致测量系统的安装与调试存在一定的不便性及不准确性，性能不足也导致磁轴测量信号中的偏移与倾斜信号始终耦合在一起；同时由于磁轴的有效测量信号是叠加在大幅度的振动信号之上的一个较小幅度的信号，采用上述测量原理的线路是无法获得足够幅度的有效测量信号的即有效测量信号幅度较小，为后继的测量信号处理带来一定的困难，对测量精度造成较严重的影响。
技术实现思路
本技术提供了一种螺线管线圈的磁轴测量系统，提高测量系统抵抗外界干扰信号影响的能力。为实现上述技术目的，本申请提供了一种螺线管线圈的磁轴测量系统，所述系统包括：穿过待测螺线管线圈的金属悬丝，金属悬丝两端均绕过定位滑轮后与牵引重物连接；金属悬丝分别穿过两个互相垂直安装的水平方向光电探测器中部、竖直方向光电探测器中部；金属悬丝分别穿过两个互相垂直安装的亥姆霍兹线圈中部；其中，光电探测器的发光头均连接有一驱动线路，光电探测器的接收头均连接有一信号检测线路；金属悬丝与待测螺线管线圈均分别连接有一驱动电源；其中，光电探测器发光头的驱动线路采用恒流电流驱动。优选的，光电探测器发光头的驱动线路采用恒流电流驱动，具体为：稳压器电压输入端与电流源连接，稳压器电压输出端与第一电阻正极连接，第一电阻负极与光电探测器的发光头连接，稳压器电压调节端与第一电阻的负极连接。优选的，信号检测线路包括：第一运算放大器、第一电流吸收支路、取样电阻、滤波器；光电探测器接收头与第一运算放大器的负输入端连接，第一运算放大器的负输入端为信号汇流的节点；第一运算放大器的正输入端接地，第一运算放大器的输出端与滤波器连接，滤波器的输出端为信号检测线路输出端；取样电阻的两端分别与信号汇流的节点和第一运算放大器的输出端连接；第一电流吸收支路与信号汇流的节点连接。优选的，所述系统中每个光电探测器均对应设有一个补偿光电探测器，补偿光电探测器与其对应的光电探测器的工作环境相同，补偿光电探测器的接收头与对应光电探测器信号检测线路的信号汇流节点连接。优选的，所述系统还包括数据采集器，数据采集器与信号检测线路的输出端连接。优选的，所述数据采集器包括：差分运算放大器、AD转换器、DA转换器；差分运算放大器的正输入端与信号检测线路的输出端连接，差分运算放大器的输出端与AD转换器的输出端连接，AD转换器的输出端与数据采集器的内存连接，数据采集器的内存与DA转换器的输入端连接，DA转换器的输出端与差分运算放大器的负输入端连接。优选的，所述系统通过调节光电探测器的位置来使金属悬丝处于光电探测器中间位置。优选的，光电探测器包括发光头和接收头，金属悬丝位于发光头与接收头中间。优选的，所述系统在测量时金属悬丝处于紧绷状态。优选的，所述线圈为亥姆霍兹线圈。本技术阐述的螺线管线圈的磁轴测量信号处理系统包括了光电探测器的恒流与恒压驱动、一种在较高信号水平偏置下可以完成工作点偏置电流抵消的关键线路、一种可以消除探测器漂移性能的补偿线路、设置悬丝静态位置指示读数装置等。本申请解决其技术问题所采用的技术方案是：在螺线管线圈的磁轴测量系统中，采用一种光电开关型的光电探测器对悬丝的振动进行测量。首先，采用一种恒流驱动线路对光电探测器的发光头进行供电，以确保发光的恒定不变，减少供电线路波动对测量信号的影响。其次，针对接收头的驱动问题，同样采用恒压工作电压的方式进行供电以降低工作点电压的变化对测量微小信号的影响；一方面采用恒压电源进行供电，但并不表示接收头的工作电压就是恒压，还需要对接收头的另一端进行处理；在此，利用运算放大器输入端的虚地概念，通过将接收头的输出端接入运算放大器的负输入端并通过放大器正输入端接地的方式而达到将探测器接收头以虚地形式接地的目的，从而在接收头上获得真正的恒压驱动，减少其电压变化对信号电流的影响。在这种信号测量形式中，直接探测的是电流信号而不再是电压信号。但是，探测器静态工作电流约在数毫安级别，而有效信号电流约在数微安级别，相差约1000倍，如果只采用简单的放大电路，则信号处理会存在难以克服的问题。因此，需要将探测器静态工作电流抵消，只提取其产生的信号电流来用于信号的处理。由于运算放大器的负输入端是一个虚地结构，将其作为一种电流汇流的节点，让各种电流在此流进与流出，并不影响电路的工作参数；可以在其上增加一个电流吸收的支路，从而将探测器的静态工作电流吸收到其它地方去；当吸收电流与静态工作电流相等时，即使在这个节点上还有其它支路，其上的电流也为零。如果探测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种螺线管线圈的磁轴测量系统，其特征在于，所述系统包括：穿过待测螺线管线圈的金属悬丝，金属悬丝两端均绕过定位滑轮后与牵引重物连接；金属悬丝分别穿过两个互相垂直安装的水平方向光电探测器中部、竖直方向光电探测器中部；金属悬丝分别穿过两个互相垂直安装的亥姆霍兹线圈中部；其中，光电探测器的发光头均连接有一驱动线路，光电探测器的接收头均连接有一信号检测线路；金属悬丝与待测螺线管线圈均分别连接有一驱动电源；其中，光电探测器发光头的驱动线路采用恒流电流驱动。

【技术特征摘要】
1.一种螺线管线圈的磁轴测量系统，其特征在于，所述系统包括：穿过待测螺线管线圈的金属悬丝，金属悬丝两端均绕过定位滑轮后与牵引重物连接；金属悬丝分别穿过两个互相垂直安装的水平方向光电探测器中部、竖直方向光电探测器中部；金属悬丝分别穿过两个互相垂直安装的亥姆霍兹线圈中部；其中，光电探测器的发光头均连接有一驱动线路，光电探测器的接收头均连接有一信号检测线路；金属悬丝与待测螺线管线圈均分别连接有一驱动电源；其中，光电探测器发光头的驱动线路采用恒流电流驱动。2.根据权利要求1所述的螺线管线圈的磁轴测量系统，其特征在于，光电探测器发光头的驱动线路采用恒流电流驱动，具体为：稳压器电压输入端与电流源连接，稳压器电压输出端与第一电阻正极连接，第一电阻负极与光电探测器的发光头连接，稳压器电压调节端与第一电阻的负极连接。3.根据权利要求1所述的螺线管线圈的磁轴测量系统，其特征在于，信号检测线路包括：第一运算放大器、第一电流吸收支路、取样电阻、滤波器；光电探测器接收头与第一运算放大器的负输入端连接，第一运算放大器的负输入端为信号汇流的节点；第一运算放大器的正输入端接地，第一运算放大器的输出端与滤波器连接，滤波器的输出端为信号检测线路输出端；取样电阻的两端分别与信号汇流的节点和第一运算放大器的输出端连接；第一电流吸收支路与信号汇流的节点连接。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：江孝国，廖树清，杨兴林，臧宗旸，蒋薇，李洪，龙全红，王远，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：新型
国别省市：四川,51