一种多通道磁传感器检测和数据采集电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种多通道磁传感器检测和数据采集电路，包括：将磁场转换为模拟电压信号并进行滤波的传感器阵列，将传感器模拟电压信号转换为数字量并串行传输到漏磁检测数据记录系统的数据采集电路，以及将供电电源转换为传感器阵列和数据采集电路所需的模拟电源、数字电源、参考电压的电压转换电路。本发明的多通道磁传感器检测和数据采集电路，实现了多传感器高密度集成，减少了多传感器传输电缆，满足了漏磁内检测器小型化的客观需求。
【专利说明】一种多通道磁传感器检测和数据采集电路
【技术领域】
[0001]本发明属于多通道磁信号检测和数据采集领域，尤其涉及一种多通道磁传感器检测和数据采集电路。
【背景技术】
[0002]对于长输油气管道尤其是海底长距离输油输气管道的腐蚀检测，目前常用的方式之一为管道漏磁内检测方法。管道漏磁内检测方法利用了管道漏磁内检测系统靠油压在管道内运行的磁化器使管道局部处于磁化饱和状态，管道漏磁内检测系统上的传感器阵列会获取缺陷漏磁场信号，记录并存储检测信号，在管道末端取出存储器并分析已记录的数据，得到管道安全状况及缺陷分布。
[0003]为了提高漏磁检测的分辨率，需要增加磁传感器数量，加大传感器阵列的密度，以获取更多独立通道的漏磁信号。如果将每个传感器的漏磁信号以独立的信号通道进行采集，就需要更多的传感器数量，因此相应的需要更多的数据电缆，给密封带来困难，也会增加信号线相互之间的干扰，不便于高密度传感器阵列大规模集成。故此需要将多通道的磁传感器模拟信号转换为数字信号，进行串行传输，以实现小型化、高密度磁传感器检测系统。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种基于管道漏磁检测的小型化、低功耗的多通道磁传感器电路和数据采集电路，实现了多传感器高密度集成，减少了多传感器传输电缆，为小型化漏磁内检测器的实现提供了重要基础。
[0005]根据本发明的一个方面，提供一种多通道磁传感器检测和数据采集电路，所述电路配置在一块印制板上，安装在管道漏磁检测轴向磁化装置的磁路的中心，通过5芯电缆与管道漏磁检测数据记录系统接口 ；所述多通道磁传感器检测和数据采集电路包括将磁场转换为模拟电压信号并进行滤波的传感器阵列，将传感器模拟电压信号转换为数字量并串行传输到漏磁检测数据记录系统的数据采集电路，以及将供电电源转换为传感器阵列和数据采集电路所需的模拟电源、数字电源、参考电压的电压转换电路；所述多通道磁传感器检测和数据采集电路与管道漏磁检测数据记录系统的接口信号包括:供电电源、供电电源地、数据采集启动信号、数据传输时钟信号、串行数据信号，并分别通过5芯电缆中独立的1芯导线进行传输。
[0006]优选地，所述传感器阵列由多个将磁场转换为模拟电压信号的3端片式集成直插式线性输出霍尔传感器，以及与霍尔传感器一一对应连接的进行低通滤波的滤波器组成。
[0007]优选地，所述多个3端片式集成直插式线性输出霍尔传感器布置为3排，每一排内的霍尔传感器之间的间距均匀，其中第1排霍尔传感器沿敏感方向与待检管道轴向一致的方向安装，第2排霍尔传感器沿敏感方向与待检管道径向一致的方向安装，第3排霍尔传感器沿敏感方向与待检管道径向一致的周向安装，每一排内的霍尔传感器安装高度线为弧形，保证霍尔传感器的敏感中心与待检测管道内圆周面的距离一致。
[0008]优选地，所述第1排霍尔传感器与轴向磁化装置的磁路两个磁铁的轴向距离相同。
[0009]优选地，所述数据采集电路由带多路开关的模数转换器、对模拟电压信号进行放大的放大电路、以及进行数据读取和传输的CPLD组成。
[0010]优选地，所述带多路开关的模数转换器的多路开关输出端和模数转换器的输入端分别以独立的引脚引出，模拟输入通道分别接入经低通滤波后的传感器模拟信号连接，带多路开关的模数转换器的数字接口形式为串行接口。
[0011]优选地，所述放大电路接在所述多路开关输出端和模数转换器的输入端之间，形式是同相放大，将多路开关输出信号进行放大后接入模数转换器的输入端。
[0012]优选地，所述CPLD通过第一串行接口与所述带多路开关的模数转化器接口，读取Α/D转换数据；通过第二串行接口将读取的Α/D转换数据传输到漏磁检测数据记录系统。
[0013]优选地，所述电压转换电路通过稳压器将供电电源转换为数字电源，通过磁珠将供电电源和模拟电源隔离，通过参考源将模拟电源转换为参考电压，分别通过磁珠将供电电源地与数字电源地和模拟电源地隔离。
[0014]本发明的有益效果:本发明的一种多通道磁传感器检测和数据采集电路，实现了多传感器高密度集成，减少了多传感器传输电缆，满足了漏磁内检测器小型化的客观需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明【具体实施方式】中的多通道磁传感器检测和数据采集电路的组成框图；
[0016]图2是本发明【具体实施方式】中的传感器及滤波器连接图；
[0017]图3是本发明【具体实施方式】中的传感器安装方式示意图；
[0018]图4是本发明【具体实施方式】中的轴向传感器安装高度示意图；
[0019]图5是本发明【具体实施方式】中的采集电路框图
[0020]图6是本发明【具体实施方式】中的电压转换电路框图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和示例对本发明【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0022]图1是本发明的多通道磁传感器检测和数据采集电路组成框图。多通道磁传感器检测和数据采集电路包括:传感器阵列1、数据采集电路2和电压转换电路3。其中传感器阵列1可以将磁场转换为模拟电压信号并进行滤波，数据采集电路2能将传感器阵列输出的多路模拟信号转换为数字量并串行形式输出到漏磁检测数据记录系统，电压转换电路3将供电电源VCC转换为传感器阵列1和数据采集电路2所需的模拟电源VA、数字电源VD、参考电压VREF。传感器阵列1、数据采集电路2和电压转换电路3配置在一块印制板上，安装在管道漏磁检测轴向磁化装置的磁路单元的中心，通过5芯电缆与管道漏磁检测数据记录系统接口，接口信号包括:供电电源VCC、供电电源地GND、数据采集启动信号TR、数据传输时钟信号CLK、串行数据信号DATA，分别通过所述5芯电缆中独立的1芯导线传输。传感器阵列由12个霍尔传感器以及对应连接的滤波器组成。本发明传感器阵列的多路模拟信号数字化后，以串行形式传输，有效节省了传输数据线的数量，有利于电缆密封，减少了信号线相互之间的干扰。
[0023]图2为本发明【具体实施方式】中的霍尔传感器4与滤波器5连接图，其中霍尔传感器其采用3端片式集成直插式线性输出霍尔传感器，其结构简单紧凑，体积小，便于小型化、高密度集成，直插式的封装形式便于以不同高度、3个不同敏感方向安装。滤波器采用RC低通滤波器，可以在满足滤波要求的同时将元器件数量减少到最少、体积减小到最小，便于小型化、高密度集成。滤波器对霍尔传感器输出信号进行低通滤波，输出滤除高频干扰的模拟电压信号。
[0024]图3为本发明【具体实施方式】中的传感器安装方式示意图，12个霍尔传感器分3排安装，每一排内的霍尔传感器之间的间距均勾，其中第1排6个霍尔传感器沿敏感方向与待检管道轴向一致的方向安装，第2排4个霍尔传感器沿敏感方向与待检管道径向一致的方向安装，第3排2个霍尔传感器沿敏感方向与待检管道径向一致的周向安装。三个方向的传感器数量与该方向的磁场信号重要性一致，轴向磁场信号最重要，轴向敏感传感器数量最多，径向磁场信号重要性次之，径向敏感传感器数量次之，轴向磁场信号重要性最小，周向敏感传感器数量最少，这样做可以较少传感器获取全部信息，有效减小体积和功耗。每一排内的霍尔传感器安装高度线为弧形，保证霍尔传感器的敏感中心与待检测管道内圆周面的距离一致。
[0025]图4为第1排6个霍尔传感器安装高度示意图，第2排和第3排霍尔传感器安装高度按此规律执行，这样可保证传感器提离值一致，从而使基底磁场一致，有利于信号分析。第1排6个霍尔传感器与轴向磁化装置的磁路的两个磁铁的轴向距离相同，可以将基底磁场减小到最小，避免传感器饱和，充分理由其测量范围测量漏磁场。
[0026]图5为本发明【具体实施方式】中的数据采集电路框图，由带多路开关的模数转换器6、放大电路9和CPLD 10组成。其中带多路开关的模数转换器6的多路开关7输出端MXO和模数转换器8的输入端AINP分别以独立的引脚引出，多路开关7的12个模拟输入通道分别接入传感器阵列输出的12路模拟电压信号。放大电路9的接在所述多路开关输出端MXO和模数转换器的输入端之间AINP，这种连接形式可让12路模拟信号通过多路开关复用1个放大电路，可有效减小放大电路体积和功耗。放大电路9接成同相放大的形式，可以在只使用一个运算放大器放大信号的同时保持其相位不变，可减小体积和功耗；放大电路9以参考电压VREF为参考平面，可以对两个方向的磁场模拟电压信号进行方法，避免放大器饱和；电容C1和C2可以有效滤除多路开关切换过程中带来的高频干扰。带多路开关的模数转换器6的数字接口形式是SPI串行接口。CPLD 10通过第一串行接口与所述带多路开关的模数转化器接口，读取Α/D转换数据，通过第二串行接口将读取的Α/D转换数据传输到漏磁检测数据记录系统。
[0027]图6为本发明【具体实施方式】中的电压转换电路框图，通过稳压器11将供电电源VCC转换为数字电源VD，通过磁珠将供电电源VCC和模拟电源VA隔离，通过参考源12将模拟电源VA转换为参考电压VREF，分别通过磁珠将供电电源地GND与数字电源地DGND和模拟电源地AGND隔离。本发明【具体实施方式】中的电压转换电路，模拟电源和数字电源、模拟电源地和数字电源地均隔离，可避免相互之间的影响；整体采取单电源供电，无需负电压变换电路，可以减小电路体积和功耗。
[0028]本发明不仅局限于上述【具体实施方式】，本领域技术人员根据实施例和附图公开的内容，可以采用其它多种【具体实施方式】实施本发明。因此，凡是采用本发明的设计思路和结构，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。
【权利要求】
1.一种多通道磁传感器检测和数据采集电路，其特征在于， 所述电路配置在一块印制板上，安装在管道漏磁检测轴向磁化装置的磁路的中心，通过5芯电缆与管道漏磁检测数据记录系统接口 ； 所述电路具体包括:将磁场转换为模拟电压信号并进行滤波的传感器阵列，将传感器模拟电压信号转换为数字量并串行传输到漏磁检测数据记录系统的数据采集电路，以及将供电电源转换为传感器阵列和数据采集电路所需的模拟电源、数字电源、参考电压的电压转换电路； 所述电路与管道漏磁检测数据记录系统的接口信号包括:供电电源、供电电源地、数据采集启动信号、数据传输时钟信号、串行数据信号，并分别通过5芯电缆中独立的I芯导线进行传输。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述传感器阵列由多个将磁场转换为模拟电压信号的3端片式集成直插式线性输出霍尔传感器、以及与霍尔传感器一一对应连接的进行低通滤波的滤波器组成。
3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述多个3端片式集成直插式线性输出霍尔传感器布置为3排，每一排内的霍尔传感器之间的间距均匀，其中第I排霍尔传感器沿敏感方向与待检管道轴向一致的方向安装，第2排霍尔传感器沿敏感方向与待检管道径向一致的方向安装，第3排霍尔传感器沿敏感方向与待检管道径向一致的周向安装，每一排内的霍尔传感器安装高度线为弧形，保证霍尔传感器的敏感中心与待检测管道内圆周面的距离一致。
4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述第I排霍尔传感器与轴向磁化装置的磁路两个磁铁的轴向距离相同。
5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述数据采集电路由带多路开关的模数转换器、对模拟电压信号进行放大的放大电路、以及进行数据读取和传输的CPLD组成。
6.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述带多路开关的模数转换器的多路开关输出端和模数转换器的输入端分别以独立的引脚引出，模拟输入通道分别接入经低通滤波后的传感器模拟信号连接，带多路开关的模数转换器的数字接口形式为串行接口。
7.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述放大电路接在所述多路开关输出端和模数转换器的输入端之间，形式是同相放大，将多路开关输出信号进行放大后接入模数转换器的输入端。
8.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述CPLD通过第一串行接口与所述带多路开关的模数转化器接口，读取A/D转换数据；通过第二串行接口将读取的A/D转换数据传输到漏磁检测数据记录系统。
9.如权利要求1-8中任一项所述的电路，其特征在于，所述电压转换电路通过稳压器将供电电源转换为数字电源，通过磁珠将供电电源和模拟电源隔离，通过参考源将模拟电源转换为参考电压，分别通过磁珠将供电电源地与数字电源地和模拟电源地隔离。
【文档编号】F17D5/06GK104500982SQ201410679549
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】熊鑫, 郑莉, 骆振龙, 许振丰 申请人:北京华航无线电测量研究所