专利名称：电磁辐射信号监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电磁测量技术领域，特别涉及一种电磁辐射信号监测装置。
背景技术：
混凝土大量使用在桥梁、大坝等结构中，受工作载荷作用，混凝土结构会出现裂纹并伴随出现频率在IMHz以下的电磁辐射信号，监测这种电磁辐射信号有助于监测混凝土结构的完整性。由于混凝土破裂电磁辐射信号微弱，监测系统易受环境电磁干扰而影响正常工作，解决监测装置的电磁屏蔽和工作稳定性是需要解决的重要问题。《岩石力学与工程学报》2001年第6期797-800页有篇“混凝土受压破裂过程中的电磁信号”的文章介绍为了排除外界电磁干扰，将实验样品和探头放在电磁屏蔽箱内，该文 章没有介绍前放的抗干扰和隔离问题，而前放引入的干扰是系统不稳定的重要因素。2009年中国地震局地质研究所有篇硕士学位论文“岩石变形与电磁辐射的实验研究”采用将线圈传感器和前置放大器放入屏蔽室的办法抗干扰，该论文没有介绍采集设备、二级放大器引入干扰的隔离问题。

发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的目的在于提出一种具有抗干扰能力强、结构简单的电磁辐射信号监测装置。根据本发明实施例的电磁辐射信号监测装置，包括监测探头，用于感应监测电磁辐射信号，并感应出电信号；防干扰保护电路，所述防干扰保护电路连接在所述监测探头与放大滤波电路之间，用于防止环境中峰值脉冲干扰；放大滤波电路，所述放大滤波电路的输入端与所述防干扰保护电路相连，用于将所述电信号进行放大和滤波；光电隔离电路，所述光电隔离电路的输入端与所述放大滤波电路的输出端相连，用于将放大和滤波后的电信号进行光电隔离后输出，防止干扰信号从输出端引回放大滤波电路；计算机，所述计算机与所述光电隔离电路的输出端相连，包括信号采集卡、波形显示单元和数据存储单元，所述计算机用于对所述光电隔离电路输出的信号进行采集、显示、存储和分析计算。在本发明的一个实施例中，所述监测探头与所述防干扰保护电路之间通过屏蔽连接电缆相连。在本发明的一个实施例中，所述防干扰保护电路包括第一快速二极管和第二快速二极管，所述第一快速二极管与所述第二快速二极管按照正、反的顺序进行并联，并连接在所述放大电路的输入端。在本发明的一个实施例中，所述放大滤波电路为多级放大滤波电路。在本发明的一个实施例中，所述信号采集卡具有重触发和预采样功能，并且数据采集的单次最大记录长度不小于1ms。在本发明的一个实施例中，还包括屏蔽盒，其中，所述防干扰保护电路、放大滤波电路、光电隔离电路安装在同一个屏蔽盒内；和多个供电电池组，所述供电电池组为所述放大滤波电路和光电隔离电路供电，其中，所述光电隔离电路的隔离前后两部分电路分别用两组不同的所述供电电池组供电。本发明所设计的电磁辐射信号监测装置结构简单，能有效避免环境噪声对电路稳定性的影响，具有较高信噪比，适用频率范围较广(例如IOOHf 1MHz)。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。


本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中
图I是本发明实施例的电磁辐射信号监测装置的结构框图；图2是本发明实施例的放大电路模块的电路示意图；图3是本发明实施例的滤波电路模块的电路示意图；图4是本发明实施例的光电隔离电路的电路示意图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。本发明的目的在于提供一种混凝土破裂电磁辐射信号监测的技术。该装置可以检测微弱的混凝土破裂电磁辐射信号，屏蔽环境干扰噪声，使外界干扰不影响监测系统正常工作。如图I所示，本发明提出一种电磁辐射信号监测装置，包括监测探头10、防干扰保护电路20、放大滤波电路30、光电隔离电路40以及计算机50。具体地监测探头10用于感应监测电磁辐射信号，并感应出电信号。在一个实施例中，监测探头采用直径45mm的50匝空心漆包线线圈。根据电磁感应原理，可以将待测的电磁辐射信号感应为电信号。防干扰保护电路20连接在监测探头10与放大滤波电路30之间，用于防止环境中峰值脉冲干扰。在一个实施例中，防干扰保护电路包括第一快速二极管Dl和第二快速二极 管D2，第一快速二极管Dl与第二快速二极管D2按照正、反的顺序进行并联。Dl和D2正反并联组成箝位限压电路，这2个二极管连接在放大电路的输入端，并且距离放大滤波电路的第一级运放输入端尽可能近。该防干扰保护电路的工作原理是假设监测探头接收到环境中的一个峰值脉冲干扰，若该干扰电信号峰值大于二极管的导通电压(例如O. 7V)，二极管导通，干扰信号电压被钳位在二极管正向导通电压(例如O. 7V)，干扰电信号不能传递给后面的放大滤波电路30。需要说明的是，为达到更好地屏蔽结果，监测探头10与防干扰保护电路20之间一般通过屏蔽连接电缆相连。具体的，屏蔽连接电缆可采用2芯铁丝网屏蔽电缆，电缆绝缘层材料为聚乙烯，芯线直径O. 12毫米，屏蔽层直径两毫米，单位长度波阻抗约为70. 887欧姆，线缆长I米。放大滤波电路30的输入端与防干扰保护电路20的输出端相连，用于将所述电信号进行放大和滤波。在本发明的一个实施例中放大滤波电路为多级放大滤波电路。图2和图3分别示出了具体的放大电路和滤波电路的实施例。其中，放大电路模块采用2片AD797AR运放组成的2级放大电路，第一级放大倍数50倍，第二级放大100倍，具体参数见图2。图2中U1、U2为高线性度低噪声运算放大器AD797AR，R1至R4为两级同相比例放大电路的比例电阻，Cl至C8为Ul、U2电源的去耦电容。滤波电路模块采用I片AD797AR运放组成二阶滤波电路，具体参数见图3。图3中U3为高线性度低噪声运算放大器AD797AR，R5、R6、R7为滤波电阻，C13、C14为滤波电容，C9至C12为U3电源的去耦电容。光电隔离电路40的输入端与放大滤波电路30的输出端相连，用于将放大和滤波后的电信号进行光电隔离后输出，防止干扰信号从输出端引回放大滤波电路。在本发明的一个实施例中，光电隔离电路40如图4示，采用3个AD797AR运放和2个高线性度模拟光电耦合器和一些电阻、电容、整流二极管，按图4连接而成。图中U4、U5为高线性度低噪声运算放大器AD797AR，它与电阻R8、R9、RIO、RlI、电容C16、C17、二极管D3、D4组成光耦驱动电路。0C1、0C2为高线性度模拟光电稱合器,用于将输入的电信号转化为光信号,经过光耦合，再转换成电信号输出，防止电气直接连接产生的干扰。U6为AD797AR，它与R12、C30所构成的电路将光耦合器输出的电流信号转化为电压信号。C18至C29为U4、U5、U6电源的去耦电容。R13与C31构成低通滤波电路。计算机50与所述光电隔离电路40的输出端相连，包括信号采集卡、波形显示单元和数据存储单元，所述计算机用于对所述光信号进行采集、显示、存储和分析计算。其中，信号采集卡具有重触发和预采样功能，并且数据采集的最大记录长度不小于1ms。在本发明的上述实施例中，优选地，还包括屏蔽盒60和多个供电电池组70。其中，防干扰保护电路20、放大滤波电路30、光电隔离电路40安装在同一个屏蔽盒60内。多个供电电池组70为屏蔽盒60中的放大滤波电路30和光电隔离电路40供电。需要说明的是，光电隔离电路40的隔离前后两部分电路分别用两组不同的供电电池组70供电。S卩，图2的放大电路、图3的滤波电路和图4左边2个运放电路共用一组可充电锂电池组，图4右边的运放电路使用另一组可充电锂电池组，这样可以做到光电隔离电路两边电源系统也是电气隔离的。本发明所设计的电磁辐射信号监测装置结构简单，能有效避免环境噪声对电路稳定性的影响，具有较高信噪比，适用频率范围较广(例如IOOHf 1MHz)。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示 例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
权利要求
1.一种电磁辐射信号监测装置，其特征在于，包括 监测探头，用于感应监测电磁辐射信号，并感应出电信号； 防干扰保护电路，所述防干扰保护电路连接在所述监测探头与放大滤波电路之间，用于防止环境中峰值脉冲干扰； 放大滤波电路，所述放大滤波电路的输入端与所述防干扰保护电路相连，用于将所述电信号进行放大和滤波； 光电隔离电路，所述光电隔离电路的输入端与所述放大滤波电路的输出端相连，用于将放大和滤波后的电信号进行光电隔离后输出，防止干扰信号从输出端引回放大滤波电路； 计算机，所述计算机与所述光电隔离电路的输出端相连，包括信号采集卡、波形显示单元和数据存储单元，所述计算机用于对所述光电隔离电路输出的信号进行采集、显示、存储和分析计算。
2.如权利要求I所述的装置，其特征在于所述监测探头与所述防干扰保护电路之间通过屏蔽连接电缆相连。
3.如权利要求I和2所述的装置，其特征在于所述防干扰保护电路包括第一快速二极管和第二快速二极管，所述第一快速二极管与所述第二快速二极管按照正、反的顺序进行并联，并连接在所述放大电路的输入端。
4.如权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于所述放大滤波电路为多级放大滤波电路。
5.如权利要求1-5任一项所述的装置，其特征在于所述信号采集卡具有重触发和预采样功能，并且数据采集的单次最大记录长度不小于1ms。
6.如权利要求I所述的装置，其特征在于，还包括 屏蔽盒，其中，所述防干扰保护电路、放大滤波电路、光电隔离电路安装在同一个屏蔽盒内；和 多个供电电池组，所述供电电池组为所述放大滤波电路和光电隔离电路供电，其中，所述光电隔离电路的隔离前后两部分电路分别用两组不同的所述供电电池组供电。
全文摘要
本发明提出一种电磁辐射信号监测装置，包括监测探头，用于感应监测电磁辐射信号，并感应出电信号；防干扰保护电路，用于防止环境中峰值脉冲干扰；放大滤波电路，用于将电信号进行放大和滤波；光电隔离电路，用于将放大和滤波后的电信号进行光电隔离后输出，防止干扰信号从输出端引回放大滤波电路；计算机，该计算机包括信号采集卡、波形显示单元和数据存储单元，计算机用于对光电隔离电路输出的信号进行采集、显示、存储和分析计算。本发明具有结构简单、抗干扰能力强的优点。
文档编号G01R1/18GK102944758SQ20121050774
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者黄松岭, 林鹏, 赵伟, 王珅, 魏争 申请人:清华大学