本发明专利技术提供一种增强型超低频电磁波定位收发装置，涉及管道内检测器定位技术领域。本发明专利技术通过超低频信号发生单元将周期脉冲信号传输至超低频谐振磁场叠加激励电路，超低频谐振磁场叠加激励电路经过发射线圈将激发的叠加磁场的模拟信号传输至接收线圈，接收线圈将模拟信号输出至模拟信号处理电路，模拟信号处理电路将接收的模拟信号经由A/D转换单元的转换将数字信号传输至中央处理单元。本发明专利技术采用了低频谐振磁场叠加激励电路，使得每一组的主、副线圈都工作在最大电流状态下，同时，结合主、副线圈双线反向缠绕的结构，增强了发射磁场的强度，提高了检测距离和定位精度。
【技术实现步骤摘要】
一种增强型超低频电磁波定位收发装置
本专利技术涉及管道内检测器定位
，尤其涉及一种增强型超低频电磁波定位收发装置。
技术介绍
目前，石油和天然气是我国国民经济的重要能源，是我国国民经济的命脉；我国在油气资源的开发中，已形成了纵横交错的输油网，由于管道长期运行会在内部积累很多腐蚀杂质，地质表层地基不稳定、介质腐蚀、风蚀侵蚀及意外事故等原因，管道易产生缺陷、损伤和形变，发生油气泄漏，造成巨大的经济损失与生态环保破坏。随着管道运输的广泛应用，管道机器人在管道工程中正发挥着日益重要的作用，尤其是在管道无损探伤与检测领域已经进入实际应用阶段；然而，对管道内检测器的一些探测性或者监测性的作业带来诸如卡堵之类不可预知的影响，因此管道内检测器的外部跟踪与定位技术不可或缺；管道机器人的示踪定位技术是确定管道机器人在管道内位置的技术，现已成为决定管道机器人有效工作的重要技术。然而，传统有缆示踪定位方式由于电缆重量、信号损耗等因素影响，它严重限制了管道机器人的工作距离；同时，由于管道及其所处介质的屏蔽作用，使得常规的电磁波技术在管道机器人“示踪定位”中的应用受到了很大限制。因此，如何实现管道机器人的无缆“示踪定位”已成为提高管道机器人工作性能和实用价值的重要课题之一。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种增强型超低频电磁波定位收发装置，本装置增强了发射磁场的强度，提高了检测距离和定位精度。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种增强型超低频电磁波定位收发装置，包括超低频电磁波发射装置和超低频电磁波接收装置；所述超低频电磁波发射装置包括超低频信号发生单元、超低频谐振磁场叠加激励电路、发射线圈；所述超低频信号发生单元用于产生两路幅值、频率相同，相位相差半个波长的周期脉冲信号，超低频信号发生单元包括供电模块和信号产生模块，并与超低频谐振磁场叠加激励电路相连接；所述超低频谐振磁场叠加激励电路用于接收周期脉冲信号，并使主线圈工作在谐振状态，使得主、副线圈中流经的电流最大，从而产生增强的叠加磁场，超低频谐振磁场叠加激励电路包括正、反磁场激励电路：所述正磁场激励电路包括三极管Q1、电容C1～C5以及电阻R1，所述反磁场激励电路包括三极管Q2、电容C6～C10以及电阻R2；所述发射线圈分为两组，L1、L2为一组、L3、L4为另一组，用于产生增强的叠加磁场，两组线圈产生的增强的叠加磁场相位差半个波长；所述超低频谐振磁场叠加激励电路的正磁场激励电路与发射线圈中L1、L2的电路结构为：C2的一端与Q1的集电极相连，另一端与Q1的发射极相连后接地；螺线管线圈L1与C1并联后的一端与集电极相连，另一端接电源正极；L2与C3并联后一端与发射极相连，另一端与C4、C5相连、C4的另一端连接R1，R1的另一端接地、C5的另一端后接地；所述反磁场激励电路与发射线圈中L3、L4的电路结构和正磁场激励电路与发射线圈中L1、L2的电路结构相同；所述超低频电磁波接收装置包括接收线圈、模拟信号处理电路、A/D转换单元、中央处理单元；所述接收线圈用于接收发射线圈发出的叠加磁场产生的模拟信号，与模拟信号处理电路的输入端相连接；所述模拟信号处理电路用于对接收线圈输出的模拟信号进行滤波、放大、整流、检波，模拟信号处理电路的输出端与A/D转换单元的输入端相连接；所述A/D转换单元用于将模拟信号转化为数字信号，A/D转换单元的输出端与中央处理单元的输入端相连接；所述中央处理单元用于将接收到的数字信号转换成频域信号，通过频域特征提取的方法做定位分析。所述发射线圈分为两组，发射线圈采用两组双线反向缠绕结构，即线圈分为两组，每两股线圈为一组，每组线圈中的主线圈正想缠绕，副线圈反向缠绕；在每一组线圈中，都使主线圈工作在谐振状态，使得主、副线圈都工作在最大电流状态下，实现每一组线圈产生增强的叠加磁场，并与另一组线圈产生的增强的叠加磁场相位差半个波长。一组线圈在超低频周期脉冲信号的激励下，其主、副线圈产生的电磁场信号的强度为Bz1、Bz2，公式如下：主、副线圈结构参数相同，其中，n1是单位长度上的匝数，n2是单位厚度上的层数，ri是线圈内径，ro是线圈外径，z是发射线圈与接收线圈之间的轴向距离，μ0是真空中相对磁导率，l是主、副线圈导线缠绕长度，x1是主线圈相对螺线管中心距离，x2是副线圈相对螺线管中心距离；i1、i2分别是主、副线圈中的电流，公式如下：其中,Vcc是供电电源电压，是线圈直流电压成分，VR是串接电阻电压，ω是谐振频率，是初始相位，L是线圈电感，t是时间；另一组线圈中由于通入幅值、频率相同，相位相差半个波长的周期脉冲信号，故其主、副线圈产生的电磁场信号强度分别为-Bz1、-Bz2，一个信号周期内，在螺线管外轴线上一点的磁场强度为：其中，T是信号一个周期的时间；所述谐振频率ω计算公式为：其中，RL是线圈电阻，R是串接电阻，L是主、副线圈电感，C是电容。双线反向绕制线圈，发射线圈采用两组双线反向缠绕结构，即线圈分为两组，每两股线圈为一组，每组线圈中的主线圈正想缠绕，副线圈反向缠绕。超低频谐振磁场叠加激励电路对发射线圈的激励方式为：当一组线圈被激励时，另一组线圈处于断流状态，两组线圈交替工作，会在空间中激发交替变化的磁场。每一组线圈中，主线圈工作在谐振频率下，电流最大，主、副线圈在空间中产生增强的叠加磁场。主线圈中的电流i1和副线圈电流i2也存在一定的关系，其关系式如下：由上式得知当主线圈中的电流i1(ωt)最大时，副线圈中的电流i2(ωt)也最大。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术提供的一种增强型超低频电磁波定位收发装置，采用了低频谐振磁场叠加激励电路，使得每一组的主、副线圈都工作在最大电流状态下，同时，结合主、副线圈双线反向缠绕的结构，增强了发射磁场的强度，提高了检测距离和定位精度。附图说明图1为本专利技术实施例提供的增强型超低频电磁波定位收发方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的增强型超低频电磁波定位收发装置示意图；其中，1，接收装置；2，接受线圈；3，管道；4，内检测器；5，电磁波信号；6，发射装置；图3为本专利技术实施例提供的发射线圈相关参数示意图；图4为本专利技术实施例提供的超低频信号发生单元和超低频谐振磁场叠加激励电路的电路图；其中，(a)，超低频信号发生单元；(b)，超低频谐振磁场叠加激励电路；图5为本专利技术实施例提供的发射线圈线圈结构及导线缠绕方式示意图；其中，L1、L4是副线圈；L2、L3是主线圈。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。如图1所示，本实施例的方法如下所述：一种增强型超低频电磁波定位收发装置，包括超低频电磁波发射装置和超低频电磁波接收装置；所述超低频电磁波发射装置包括超低频信号发生单元、超低频谐振磁场叠加激励电路、发射线圈；所述超低频信号发生单元用于产生两路幅值、频率相同，相位相差半个波长的周期脉冲信号，超低频信号发生单元包括供电模块和信号产生模块，并与超低频谐振磁场叠加激励电路相连接,如图4中(a)所示，本实施例中供电模块型号为mAX1659，信号产生模块的型号为PIC12F508；所述超低频谐振磁场叠加激励电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种增强型超低频电磁波定位收发装置，其特征在于：包括超低频电磁波发射装置和超低频电磁波接收装置；所述超低频电磁波发射装置包括超低频信号发生单元、超低频谐振磁场叠加激励电路、发射线圈；所述超低频信号发生单元用于产生两路幅值、频率相同，相位相差半个波长的周期脉冲信号，超低频信号发生单元包括供电模块和信号产生模块，并与超低频谐振磁场叠加激励电路相连接；所述超低频谐振磁场叠加激励电路用于接收周期脉冲信号，并使主线圈工作在谐振状态，使得主、副线圈中流经的电流最大，从而产生增强的叠加磁场，超低频谐振磁场叠加激励电路包括正、反磁场激励电路：所述正磁场激励电路包括三极管Q1、电容C1～C5以及电阻R1，所述反磁场激励电路包括三极管Q2、电容C6～C10以及电阻R2；所述发射线圈分为两组，L1、L2为一组、L3、L4为另一组，用于产生增强的叠加磁场，两组线圈产生的增强的叠加磁场相位差半个波长；所述超低频谐振磁场叠加激励电路的正磁场激励电路与发射线圈中L1、L2的电路结构为：C2的一端与Q1的集电极相连，另一端与Q1的发射极相连后接地；螺线管线圈L1与C1并联后的一端与集电极相连，另一端接电源正极；L2与C3并联后一端与发射极相连，另一端与C4、C5相连、C4的另一端连接R1，R1的另一端接地、C5的另一端后接地；所述反磁场激励电路与发射线圈中L3、L4的电路结构和正磁场激励电路与发射线圈中L1、L2的电路结构相同；所述超低频电磁波接收装置包括接收线圈、模拟信号处理电路、A/D转换单元、中央处理单元；所述接收线圈用于接收发射线圈发出的叠加磁场产生的模拟信号，与模拟信号处理电路的输入端相连接；所述模拟信号处理电路用于对接收线圈输出的模拟信号进行滤波、放大、整流、检波，模拟信号处理电路的输出端与A/D转换单元的输入端相连接；所述A/D转换单元用于将模拟信号转化为数字信号，A/D转换单元的输出端与中央处理单元的输入端相连接；所述中央处理单元用于将接收到的数字信号转换成频域信号，通过频域特征提取的方法做定位分析。...
【技术特征摘要】
1.一种增强型超低频电磁波定位收发装置，其特征在于：包括超低频电磁波发射装置和超低频电磁波接收装置；所述超低频电磁波发射装置包括超低频信号发生单元、超低频谐振磁场叠加激励电路、发射线圈；所述超低频信号发生单元用于产生两路幅值、频率相同，相位相差半个波长的周期脉冲信号，超低频信号发生单元包括供电模块和信号产生模块，并与超低频谐振磁场叠加激励电路相连接；所述超低频谐振磁场叠加激励电路用于接收周期脉冲信号，并使主线圈工作在谐振状态，使得主、副线圈中流经的电流最大，从而产生增强的叠加磁场，超低频谐振磁场叠加激励电路包括正、反磁场激励电路：所述正磁场激励电路包括三极管Q1、电容C1～C5以及电阻R1，所述反磁场激励电路包括三极管Q2、电容C6～C10以及电阻R2；所述发射线圈分为两组，L1、L2为一组、L3、L4为另一组，用于产生增强的叠加磁场，两组线圈产生的增强的叠加磁场相位差半个波长；所述超低频谐振磁场叠加激励电路的正磁场激励电路与发射线圈中L1、L2的电路结构为：C2的一端与Q1的集电极相连，另一端与Q1的发射极相连后接地；螺线管线圈L1与C1并联后的一端与集电极相连，另一端接电源正极；L2与C3并联后一端与发射极相连，另一端与C4、C5相连、C4的另一端连接R1，R1的另一端接地、C5的另一端后接地；所述反磁场激励电路与发射线圈中L3、L4的电路结构和正磁场激励电路与发射线圈中L1、L2的电路结构相同；所述超低频电磁波接收装置包括接收线圈、模拟信号处理电路、A/D转换单元、中央处理单元；所述接收线圈用于接收发射线圈发出的叠加磁场产生的模拟信号，与模拟信号处理电路的输入端相连接；所述模拟信号处理电路用于对接收线圈输出的模拟信号进行滤波、放大、整流、检波，模拟信号处理电路的输出端与A/D转换单元的输入端相连接；所述A/D转换单元用于将模拟信号转化为数字信号，A/D转换单元的输出端与中央处理单元的输入端相连接；所述中央处理单元用于将接收到的数字信号转换成频域信号，通过频域特征提取的方法做定位分析。2...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪刚，孙佳阳，刘金海，张化光，马大中，卢森骧，吴振宁，冯健，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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