大型3D立体干扰仪设备的制作方法

大型3d立体干扰仪设备
技术领域
1.本发明涉及亥姆霍兹线圈技术领域，尤其涉及一种大型3d立体干扰仪设备。


背景技术：

2.大型3d立体干扰仪设备是指具有非辐射性的，且能将电压电流能量转换成电磁场的一种设备，其可广泛应用于无线电能传输、计量设备抗电磁干扰、近场感知探测和近场成像等领域。因其具有非辐射性，电磁能量几乎都积聚在与干扰仪尺寸差不多的空间中，这保证了该干扰仪设备不会对无线电信号和生命体造成影响，具有很强的环境友好性。从应用于燃气干扰仪方面来说，燃气设备是人们生活中不可或缺的设备，燃气表是计量燃气用量的仪器，燃气表是否合格关乎到燃气的计量是否准确。
3.对于获取均匀磁场的方案设计，中国科学院上海光学精密机械研究所提出的方案是采用同一对线圈，两只线圈通以反向电流以产生四极磁场，通以同向电流时以产生均匀磁场。北京量子信息科学研究院提出的方案为由计算机向圆柱面上的两个磁场线圈组注入电流，并向设置于圆柱面的高度方向设置的单环线圈注入电流，在圆柱面围成的区域产生匀强磁场。同时，谐振式系统由于近场耦合作用，工作频率会发生严重的劈裂，现有的共振器结构并没有采用谐振式亥姆霍兹线圈。
4.总体来说，现有技术中存在以下不足之处：
5.(1)现有获得均匀磁场的方案较为复杂，所获得的均匀磁场场强度不高；
6.(2)现有干扰仪设备磁场范围较大，辐射性较高；
7.(3)现有的共振器结构并没有采用谐振式亥姆霍兹线圈；
8.(4)现有的双谐振式亥姆霍兹线圈会发生工作频率劈裂，不稳定。


技术实现要素：

9.针对上述现有技术中存在的不足和缺陷，本发明提供了一种大型3d立体干扰仪设备，相较于现有获得磁场方案制作简单，磁场强度更高。
10.为解决上述问题，本发明提供的方案是：
11.一种大型3d立体干扰仪设备，其包括依次连接的电源、两个亥姆霍兹线圈、整流电路和负载，两个所述亥姆霍兹线圈之间连接有一个耦合电容，由所述电源为两个所述亥姆霍兹线圈通电，产生两个感应磁场并通过所述耦合电容进行磁场耦合，随后通过整流电路传递给负载。
12.作为本发明系统的优选实施例，还包括两个谐振电容，一对一连接于两个所述亥姆霍兹线圈，提供两个谐振回路，并通过所述耦合电容将两个谐振回路进行耦合。
13.作为本发明系统的优选实施例，通过调整所述耦合电容的数值，将设备调整至临界耦合状态。
14.作为本发明系统的优选实施例，所述电源采用150v、500khz的交流电。
15.作为本发明系统的优选实施例，所述亥姆霍兹线圈采用一对彼此平行且连通的共
轴方形线圈，两个方形线圈内的电流方向一致，大小相同。
16.作为本发明系统的优选实施例，两个亥姆霍兹线圈的尺寸及规格完全相同，均采用60cm*60cm的方形线圈，整个共轴方形线圈的匝数为170匝。
17.作为本发明系统的优选实施例，还包括一箱体，所述亥姆霍兹线圈的耦合磁场作用于所述箱体内部，所述箱体内部还安装有载物盘及摄像头，所述箱体外设置有显示器，所述显示器与所述摄像头连接，显示所述载物盘上待测物体的监控画面。
18.作为本发明系统的优选实施例，所述箱体上还设置有与功率放大器连接的bnc接头。
19.由于采用上述技术方案，使得本发明具有以下有益效果：
20.本发明基于亥姆霍兹线圈产生的磁场均匀区大，使用空间开阔，操作简便，可实现一维、二维、三维组合磁场，可提供交、直流磁场，且电流与磁场有很好的线性关系所提出的大型3d立体干扰仪设备，设计为基于正交模式锁定的高阶双谐振式系统，亥姆霍兹线圈可以有效地克服频率劈裂的不稳定性，并可以提高同等激励电压下均匀磁场的磁场强度。
21.在本发明中，将待测燃气表放入箱体中，连接干扰仪产生均匀磁场，通过显示器观察待测设备是否受到干扰即可检测燃气表是否合格，其方法方便快捷，可以大大提高检测效率。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本发明实施例提供的大型3d干扰仪设备的系统原理图。
24.图2是本发明实施例提供的大型3d干扰仪设备的电路原理图。
25.图3是本发明实施例提供的亥姆霍兹线圈示意图。
26.图4是本发明实施例提供的磁场分布图。
27.图5是本发明实施例提供的大型3d立体干扰仪的立体示意图。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.参阅图1和图2所示，本发明实施例的大型3d立体干扰仪设备由电源、亥姆霍兹线圈、谐振电容、耦合电容、整流电路、负载构成。亥姆霍兹线圈本身是一种制造小范围区域均匀磁场的器件，在本发明中电磁能量几乎都积聚在与干扰仪尺寸差不多的空间中，这保证了该干扰仪设备不会对无线电信号和生命体造成影响，具有非辐射性及环境友好性。
30.本发明的核心点在于：通过亥姆霍兹线圈的设计以及正交模式锁定的原理，以高阶双谐振方式提高同等激励电压下均匀磁场的磁场强度。本发明中，电源由150v、500khz的
交流电输入，由亥姆霍兹线圈通电后产生感应磁场，随后通过整流电路传递给负载。
31.配合图1和图2，本发明实施例的大型3d立体干扰仪设备具有两个亥姆霍兹线圈(线圈1和线圈2)和两个谐振电容(1和2)，两个亥姆霍兹线圈(线圈1和线圈2)和两个谐振电容(1和2)一对一连接，分别提供了两个谐振回路的电感l和电容c构成两个谐振单元，通过耦合电容将两个谐振回路耦合连接在一起，具体的，两个亥姆霍兹线圈(线圈1和线圈2)和两个谐振电容(1和2)对称连接于耦合电容的两端，耦合电容的一端分别与两个谐振电容(1和2)连接，耦合电容的另一端分别与两个亥姆霍兹线圈(线圈1和线圈2)连接，电源与其中一个亥姆霍兹线圈连接。通过调整合适的耦合电容的数值，将设备调整至临界耦合状态。
32.无线电能传输过程中，常见的本质就是电磁耦合，即发射线圈与接收线圈之间的电磁耦合。使得能量从电能-磁能-磁能-电能在发射线圈与接收线圈之间转化。根据传输距离不同，电磁谐振耦合式电能传输系统(wpt)存在三种工作状态：过耦合、临界耦合、欠耦合。
33.欠耦合：传输功率随着发射线圈与接收线圈之间距离的减小而增大；
34.过耦合：传输功率随着发射线圈与接收线圈之间的距离的减小而下降；
35.临界耦合：过耦合与欠耦合的中间态，即系统工作频率＝系统固有频率。
36.本发明大型3d干扰仪设备中，首先，由输入的150v，500khz的交流电电源为两个亥姆霍兹线圈通电，产生两个感应磁场并通过耦合电容进行磁场耦合，随后通过整流滤波电路最终输出给负载。在干扰仪设备开启后，监测亥姆霍兹线圈两侧的输入功率及输出功率，依据输出功率与输入功率的比值，动态平衡调节亥姆霍兹线圈两侧的能量增益速率和能量损耗速率，直至输出功率与输入功率的比值落入设定范围，以使得该设备处于正交模式内。在本发明中线圈设计为亥姆霍兹线圈，以高阶双谐振方式提高同等激励电压下均匀磁场的磁场强度，电磁能量几乎都积聚在与干扰仪尺寸差不多的空间中，这保证了该干扰仪设备不会对无线电信号和生命体造成影响，具有非辐射性及环境友好性。
37.图3为亥姆霍兹线圈示意图。亥姆霍兹线圈是一对彼此平行且连通的共轴圆形(方形)线圈，两线圈内的电流方向一致，大小相同。这种线圈的特点是能在其公共轴线中点附近产生较广的均匀磁场，电流与磁场有很好的线性关系。本发明采用亥姆霍兹线圈以提高同等激励电压下均匀磁场的磁场强度，设计两个亥姆霍兹线圈以双谐振的方式进行磁场耦合，广泛应用于无线电能传输、计量设备抗电磁干扰、近场感知探测和近场成像等领域。其中，两个亥姆霍兹线圈的尺寸及规格完全相同，两个线圈均设计为60cm*60cm的方形线圈，整个共轴方形线圈的匝数为170匝，故半个线圈的匝数为85匝。
38.图4为亥姆霍兹线圈磁场分布图，亥姆霍兹线圈是两个彼此平行且连通的共轴方形线圈，其磁场分布是两个通电方形线圈磁场的叠加。线圈的边长和两个方形线圈的距离不同，叠加的结果也不同。两个线圈之外是逐渐减弱的，但是两个线圈公共轴线中点附近可以产生较广的均匀磁场。本发明中两个亥姆霍兹线圈通电后分别产生两个空间磁场，包含两个亥姆霍兹线圈构成的两个谐振单元通过耦合电容进行磁场耦合。
39.如图5所示为大型3d立体干扰仪设备示意图，在本发明中，将3d立体干扰仪设备设计为箱体样式。如图所示，箱体11下方有一矩形显示器12，用于显示物体的相关参数。箱体11自身设计有两个开关按钮13，一个用于切换摄像头用于观察(与两个摄像头连接)，一个为电源开关按钮(与电源连接)。箱体11内部包含一载物盘14及两个摄像头15，使用时，将物
体置入载物盘14，进行相应的调整及操作即可进行相关检测等。
40.进一步的，亥姆霍兹线圈的耦合磁场作用于箱体11内部，载物盘14以平面内可转动的方式安装在箱体11底面中心位置，一个摄像头15安装在载物盘15上，另一个摄像头15安装在箱体11内、距离载物盘15上方一定高度位置，摄像头15采用可转动调节的方式进行安装，以便于调节拍摄范围。摄像头15与箱体11下方的显示器12提供无线或有线电信号进行数据交互，摄像头15将拍摄到的载物盘14上待测物体的画面传输给显示器12，通过显示器12实时显示物体的相关参数。
41.更进一步的，箱体11上还设置有bnc接头，可用于与功率放大器进行连接，bnc接头内部与显示器连接，调整合适的功率、频率输出信号。
42.当本发明大型3d立体干扰仪设备作为燃气干扰仪用于检测燃气表时，操作步骤如下：
43.1、检查摄像头及显示器电气连接是否正常；
44.2、将待测设备放入箱体内载物盘，转动载物盘，调整待测设备角度；
45.3、将干扰仪通过bnc头与功率放大器连接，打开功率放大器，调整合适的功率、频率输出信号，通过显示器观察待测设备(或物体)是否受到干扰；
46.4、检测完毕后，关闭功率放大器，断开bnc头。
47.工作过程中，禁止将人手及人脑过长时间置于箱体内，操作人员禁止手腕佩戴电子设备、手表及首饰等。
48.通常本发明大型3d立体干扰仪设备的输入信号为150v、500khz的交流电信号，由亥姆霍兹线圈通电后产生感应磁场，随后通过整流电路传递给负载。
49.综上所述，本发明提供了一种具有非辐射性的大型3d立体干扰仪设备，即能将电压电流能量转换成电磁场的一种设备，以高阶双谐振方式提高同等激励电压下均匀磁场的磁场强度。通过合适的调整与操作，其可广泛应用于无线电能传输、计量设备抗电磁干扰、近场感知探测和近场成像等领域。且其具有非辐射性，由于亥姆霍兹线圈本身是一种制造小范围区域均匀磁场的器件，电磁能量几乎都积聚在与干扰仪尺寸差不多的空间中，不会对无线电信号和生命体造成影响，具有很强的环境友好性。
50.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
51.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种大型3d立体干扰仪设备，其特征在于：包括依次连接的电源、两个亥姆霍兹线圈、整流电路和负载，两个所述亥姆霍兹线圈之间连接有一个耦合电容，由所述电源为两个所述亥姆霍兹线圈通电，产生两个感应磁场并通过所述耦合电容进行磁场耦合，随后通过整流电路传递给负载。2.根据权利要求1所述的大型3d立体干扰仪设备，其特征在于，还包括两个谐振电容，一对一连接于两个所述亥姆霍兹线圈，提供两个谐振回路，并通过所述耦合电容将两个谐振回路进行耦合。3.根据权利要求1或2所述的大型3d立体干扰仪设备，其特征在于，通过调整所述耦合电容的数值，将设备调整至临界耦合状态。4.根据权利要求1所述的大型3d立体干扰仪设备，其特征在于，所述电源采用150v、500khz的交流电。5.根据权利要求1所述的大型3d立体干扰仪设备，其特征在于，所述亥姆霍兹线圈采用一对彼此平行且连通的共轴方形线圈，两个方形线圈内的电流方向一致，大小相同。6.根据权利要求5所述的大型3d立体干扰仪设备，其特征在于，两个亥姆霍兹线圈的尺寸及规格完全相同，均采用60cm*60cm的方形线圈，整个共轴方形线圈的匝数为170匝。7.根据权利要求1所述的大型3d立体干扰仪设备，其特征在于，还包括一箱体，所述亥姆霍兹线圈的耦合磁场作用于所述箱体内部，所述箱体内部还安装有载物盘及摄像头，所述箱体外设置有显示器，所述显示器与所述摄像头连接，显示所述载物盘上待测物体的监控画面。8.根据权利要求1所述的大型3d立体干扰仪设备，其特征在于，所述箱体上还设置有与功率放大器连接的bnc接头。

技术总结
本发明公开一种大型3D立体干扰仪设备，其包括依次连接的电源、两个亥姆霍兹线圈、整流电路和负载，两个亥姆霍兹线圈之间连接有一个耦合电容，由电源为两个亥姆霍兹线圈通电，产生两个感应磁场并通过耦合电容进行磁场耦合，随后通过整流电路传递给负载。本发明提供了一种具有非辐射性的大型3D立体干扰仪设备，即能将电压电流能量转换成电磁场的一种设备，以高阶双谐振方式提高同等激励电压下均匀磁场的磁场强度。通过合适的调整与操作，其可广泛应用于无线电能传输、计量设备抗电磁干扰、近场感知探测和近场成像等领域，且其具有非辐射性，不会对无线电信号和生命体造成影响，具有很强的环境友好性。很强的环境友好性。很强的环境友好性。


技术研发人员：江俊 祝可嘉 刘羽 卢杰 李云辉
受保护的技术使用者：上海卡珀林智能科技有限公司
技术研发日：2023.03.23
技术公布日：2023/7/22