专利名称：一种磁弹性传感器共振频率检测方法及装置的利记博彩app
技术领域：
本发明属于仪表与信号检测领域，涉及一种磁弹性传感器的共振频率检 测装置及其方法。
背景技术：
铁磁材料在中频段会发生磁力耦合共振，其共振频率不仅与材料性质和 材料尺寸有关，还受外部环境的影响，如温度、压力、粘度等。由铁磁材料 做成的磁弹性传感器可以用来制作各种生物和化学微传感器，如血液粘度传
感器、胰蛋白酶传感器、a-淀粉酶传感器、磷酸酯酶活性传感器等。这种传感 器的优点是测量费用低，而且是非接触测量，除了在实验室使用外，还可以 用于生物体的在体测量。测量弹性传感器共振频率的变化可以反映被测物理 量的值或变化特征，因此，精确测量磁弹性传感器的共振频率是关键。
磁弹性传感器共振频率的测量是通过测定其在交变磁场激励下的受激振 动的共振频率实现的。受交变磁场激励，传感器产生沿长度方向的伸縮振动。 由于传感器材料本身是磁性的，其振动产生磁通，并在检测线圈中产生感应 电势，感应电势的大小正比于传感器的振动强度。当交变磁场的频率与传感 器共振频率相等时，此时具有最大振动强度，产生最大感应电势。由输出频 谱的峰值信号可以测定传感器的共振频率。由于检测线圈处在激励线圈所产 生的磁场内，即使不放入传感器也会产生磁耦合，在检测线圈上产生与激励 信号相同频率的感应电动势，产生背景干扰。相较于激励信号产生的交变磁场，由传感器振动产生的磁通十分弱小。从强大的背景信号中检测出微弱的 感应信号是测定的关键。测量磁弹性传感器共振频率的常用测量方法和检测线圈结构主要是基于 脉冲磁场激励法(也称振铃法)，就是给测量线圈加一激励脉冲，传感器在脉 冲磁场激励下产生衰减振荡。在激励停止时，根据其衰减振荡频率的特征可 以获得传感器的共振频率。如对振荡过程进行频谱分析，其主频分量就是该 传感器的共振频率。或采用过零计数法，过零比较器将振荡信号转换为脉冲 信号，计数器对方波计数，根据计数计算传感器共振频率。脉冲磁场激励法 采用单线圈结构，交直流共用一个线圈，线圈结构和测量电路都很简单实用， 但是对于粘度大的液体，由于没有激励信号的支撑，传感器自由振荡衰减很 快，使得测量无法进行。发明内容为了解决现有磁弹性传感器共振频率检测存在的上述技术问题，本发明 提供一种持续激励条件下的磁弹性传感器共振频率检测装置及检测方法，本 发明可准确测量磁弹性传感器在不同的介质内的共振频率。 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为 一种磁弹性传感器共振频率检测方法，包括以下步骤(1) 将检测线圈放置在激励线圈中；(2) 将磁弹性传感器放置在检测线圈中；(3) 将直流偏置电压以及交流扫频信号加至激励线圈；(4) 从检测线圈的感应输出信号中检测出共振频率。 上述步骤(l)中所述的检测线圈采用对称反绕去耦合复线圈的结构，包括两根平行放置的非导磁管，每一管上分别绕有一组线圈，两组线圈匝数相同、
缠绕位置对称、缠绕方向相反，所述两线圈一端的引出线短接，另一端的引
出线作为所述检测线圈的输出端。
一种磁弹性传感器共振频率检测装置，包括检测线圈、激励线圈、直流 励磁支路、交流扫频支路、信号检测处理装置，所述检测线圈套装在激励线 圈中，所述直流励磁支路与交流扫频支路并联，并联后的电路两端分别连接 所述激励线圈的两端，所述信号检测处理装置的信号输入端连接所述检测线 圈的两个输出端。
其中直流激励支路为直流源和直流调节器串联构成，用以产生稳定且可 调的支流偏置电压，提供传感器的直流偏置磁场。信号发生器和交流调节器 串联构成交流扫频支路，用于产生幅度、功率和频率可调的正弦信号输出到 激励线圈，用以产生交流激振磁场。所述的信号发生器是指频率合成器，其 产生的正弦交流信号的频率和功率都可数控或程控。所述的交流调节器用于 放大交流信号。
直流励磁支路以及交流扫频支路并联，并且该两条支路的两端分别接激 励线圈的两端。
所述的检测线圈采用对称反绕去耦合复线圈的检测线圈结构，具体地， 包括两根平行放置的非导磁管，每一管上分别绕有一组线圈，所述的两组线 圈匝数相同、缠绕位置对称、缠绕方向相反，所述两线圈一端的引出线短接， 另一端的引出线作为所述检测线圈的输出端。
作为改进，所述的信号检测处理装置包括控制器、信号检测电路和模\数 转换电路，所述的信号检测电路的两个输入端接所述检测线圈的两个输出端， 所述的信号检测电路的输出端接模\数转换电路的输入端，所述的模\数转换 电路的输出端接所述控制器的输入端，所述控制器的输出端分别与所述直流
源以及信号发生器的输入端连接。所述的控制器可以是MCS51系列的单片机、ARM处理系统、DSP (数字信号处理器)系统以及可编程阵列(FPGA或CPLD) 等数字处理系统。作为改进，共振频率检测装置还包括一台上位机，即PC机(个人计算机)，所述的信号检测处理装置与该上位机通信连接，其通讯模式采用RS232串口或并口或IIC串行总线。所述的信号发生器是频率合成器，其产生的正弦交流信号的频率和功率 都可数控或程控。在检测过程中，加入所述激励线圈上的激励信号是持续的。 本发明所具有的技术效果在于(1) 消除了激励耦合的影响，消除了背景干扰，测量精度提高。由于本发明用于传感器共振频率检测的检测线圈结构为对称反绕去耦合检测线圈组 合线圈结构，该复合线圈内的两个单线圈匝数相同而绕向相反，结构对称， 外包激励线圈使得反绕的两线圈在激励磁场中的位置也是对称的，在传感器 没放入的情况下施加激励信号，两反绕线圈产生的感应电动势相同而方向相 反，检测线圈输出为零，消除了激励耦合的影响。在两个反绕线圈中的任何 一个线圈内放入传感器，检测线圈输出都能反映传感器振动情况，使得检测 线圈输出与传感器振幅成正比。由此，相对于现有的技术，本发明能显著提 高测量精度，在技术上解决了在持续激励时，如何消除检测线圈磁感应信号 中的强背景噪声的问题。(2) 测量的适用范围增大。本发明由于检测线圈采用了对称反绕去耦 合检测线圈组合线圈结构，加上有持续的激励存在，克服了脉冲磁场激励法 不适用对于粘度大的液体的缺陷。因此该装置和方法不仅能在一般场合精确 测量传感器共振频率，而且在大粘度液体等应用场合时，仍然能够正常测量， 由此拓宽了磁弹性传感器的应用范围。
图1是本发明中的励磁线圈和检测线圈绕线图； 图2是本发明中的励磁线圈和检测线圈示意图； 图3是本发明的结构示意图4是本发明中磁弹性传感器在不同介质条件下的实测曲线。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
参见图l、 2，图l、 2为本发明中励磁线圈和检测线圈绕线图的结构图， 图中l为励磁线圈、2为检测线圈、3为磁弹性传感器。由于检测线圈处在激 励线圈所产生的磁场内，即使不放入磁弹性传感器也会产生磁耦合，在检测 线圈上产生与激励信号相同频率的感应电动势，对测量结果产生影响。为了 消除比磁弹性传感器输出的有效信号更强的因对激励产生感应的同频段背景 噪声信号，设计了对称反绕去耦合复线圈的检测线圈结构，该结构能很好的 消除背景噪声信号。该复合线圈内的两个单线圈匝数相同而绕向相反，结构 对称，外包激励线圈使得反绕的两线圈在激励磁场中的位置也是对称的，在 传感器没放入的情况下施加激励信号，两反绕线圈产生的感应电动势相同而 方向相反，检测线圈输出为零，消除了激励耦合的影响。在两个反绕线圈中 的任何一个线圈内放入传感器，检测线圈输出都能反映传感器振动情况，使 得检测线圈的输出与传感器振幅成正比。
检测线圈(也可称为磁传感检测线圈)利记博彩app先分别在两根形状相 同的非导磁、非金属管状材料上绕制线圈，两线圈匝数和缠绕位置相同，但 缠绕方向相反，管径和线圈匝数根据磁弹性传感器尺寸而定；然后将两线圈 并在一起，两线圈一端的引出线短接，另一端的引出线作为检测线圈输出；直流偏置线圈可以与激励线圈共用，检测线圈绕线方法如图1所示，示意图 如图2所示。
图3给出了共振频率检测装置的示意图。如图3所示，本发明的共振频 率检测装置包括检测线圈、激励线圈、直流源、直流调节器、信号发生器、 交流调节器、信号检测处理装置，所述直流源与直流调节器串联并连接所述 激励线圈，所述信号发生器与交流调节器串联并连接所述激励线圈，输出检 测装置的信号输入端连接所述检测线圈。
直流电源通过直流调节器后输出给激励线圈，提供磁弹性传感器的直流 偏置磁场；信号发生器产生正弦扫频信号经交流调节器放大后输出给同一激 励线圈，产生交流激振磁场；在直流偏置磁场和交流激振磁场持续激励条件 下直接测量检测线圈的输出信号。检测线圈放在激励线圈中心位置，磁弹性 传感器放入该检测线圈中，信号检测处理装置接检测线圈的输出，包括信号 检测电路即峰值检测电路和模/数转换(A/D转换)电路和单片机，单片 机的一个输出端口 (第一输出端口)与直流源连接，另一个输出端口 (第二 输出端口)与信号发生器(交流信号源)连接。为简洁起见，图3中单片机至 直流源和信号发生器的输出信号线包括2个控制信号，特此说明。单片机与计 算机(上位机)通过RS232串口通讯，从而借助计算机的强大计算能力以及良 好的人机接口界面，使得检测过程更为方便。通过计算机向单片机发出相关 指令以设置各种必要的参数。由此， 一个功能完善、操作方便的共振频率检 测系统构筑完成。
该装置具体工作过程和相关的工作原理如下 (1)单片机控制直接数字频率合成器(DDS)产生扫频信号
直接数字频率合成器芯片AD9832的输出频率人"'由时钟频率,"和频率控
1、 一种以离子液体作为绿色介质制备生物传感器的方法，其主要步骤为
(1) 离子液体的纯化，50~100g离子液体粗品溶于200 1000rnL丙酮，过 滤除去无机盐；分别用50 250g超细活性炭和色谱级氧化铝脱色处理，过滤得 无色溶液；滤液经减压蒸馏除去丙酮、水和有机原料制备出无色、透明的油状 液体；
(2) 酶的包埋，在100 200mL磷酸缓冲溶液(0.1~0.5mol/L， pH7 7.5) 中，加入30 50mg酶，充分搅拌使其完全溶解；向上述溶液中加10 15mL按(1) 方法纯化的离子液体，再剧烈搅拌2小时(2500转/分)，然后静置分层，弃去 水相，收集下层的离子液体；
(3) 生物传感器的制备，将0.1~0.2mL按(2)方法制得的离子液体包埋 液注入聚丙烯管(p2 5mm)中，管子下端用改性纤维素膜封住(孔径 0.1~0.15pm)，从上端插入一铂丝(pl 1.2mm)至离聚丙烯管底部0.2-0.5cm处， 上端用导电胶封位制成生物传感器。
2、 如权利1要求所述以离子液体作为绿色介质制备生物传感器的方法，其 特征在于，在包埋时，把酶先溶解在pH为7.0 7.5的磷酸缓冲溶液中，再通过 萃取过程将其均匀包埋于离子液体之中。
3、 如权利1要求所述以离子液体作为绿色介质制备生物传感器的方法，其 特征在于，所述的酶是过氧化氢酶、辣根过氧化酶、葡萄糖氧化酶、脱氢酶或 多酚氧化酶中的一种。
4、 如权利1要求所述以离子液体作为绿色介质制备生物传感器的方法，其 特征在于，所采用的离子液体是具有l-垸基-2,3-甲基咪唑结构的离子液体，其 阳离子中的烷基包括碳原子在2 12之间的各种烷基，阴离子包括PF6—和 N(CF3)2—。
5、 如权利1要求所述以离子液体作为绿色介质制备生物传感器的方法，其 特征在于，对纯化后的离子液体在400-800nm之间进行光谱扫描时无明显的吸 收峰；再将离子液体在250~300°C 、低于O.OlMPa的真空条件下加热1 2小时， 采取1200L GC/MS-MS气质联机分析浮于离子液体上方的成分，结果没有明显 低沸点化合物检出<=(4) 信号的A/D转换(模拟/数字转换) 峰值检测电路测得检测线圈在各频点的输出信号峰值，该信号被送入A/D转换器，后者将信号变成数字信号通过数据总线送给单片机。A/D转换集成 芯片采用MAX150芯片。(5) 控制参数、运行命令、测量过程由计算机完成。 具体测量方法的步骤如下(1) :将检测线圈放置在激励线圈中；(2) :将磁弹性传感器放置在检测线圈中；(3) :将直流偏置电压以及交流扫频信号加至激励线圈； 用户通过人机界面给出控制参数和运行指令；计算机通过串口将控制参数和运行指令传给单片机；单片机一方面按用户给出的扫频范围控制直接数 字频率合成器输出扫频激励信号，另一方面按用户参数来控制直流偏置磁场 驱动信号功率和交流磁场驱动的扫频激励信号功率。(4):从检测线圈的感应输出信号中检测出共振频率。 峰值检测电路测量传感器在各扫频点的振动幅值；单片机将各扫频点的 振动幅值经A/D转换后传给计算机；计算机将分析结果显示和保存。图4给出了在不同介质条件下的实测结果。由图4可知，所测得的某种磁弹性传感器在20%甘油-水溶液、水以及空 气这三种介质中的共振频率分别为104kHz、 105.2kHz禾卩106kHz。
权利要求
1、一种磁弹性传感器共振频率检测方法，包括以下步骤(1)将检测线圈放置在激励线圈中；(2)将磁弹性传感器放置在检测线圈中；(3)将直流偏置电压以及交流扫频信号加至激励线圈；(4)从检测线圈的感应输出信号中检测出共振频率。
2、 如权利要求l所述的磁弹性传感器共振频率检测方法，所述步骤(l)中 的检测线圈包括两根平行放置的非导磁管，每一管上分别绕有一组线圈，两 组线圈匝数相同、缠绕位置对称、缠绕方向相反，两线圈一端的引出线短接， 另一端的两个引出线作为所述检测线圈的输出端。
3、 一种磁弹性传感器共振频率检测装置，其特征在于包括检测线圈、 激励线圈、直流励磁支路、交流扫频支路、信号检测处理装置，所述检测线 圈套装在激励线圈中，所述直流励磁支路与交流扫频支路并联，并联后的电 路两端分别连接所述激励线圈的两端，所述信号检测处理装置的信号输入端 连接所述检测线圈的两个输出端。
4、 如权利要求3所述的磁弹性传感器共振频率检测装置，其特征在于 所述的检测线圈包括两根平行放置的非导磁管，每一管上分别绕有一组线圈， 所述的两线圈匝数相同、缠绕位置对称、缠绕方向相反，所述两线圈一端的 引出线短接，另一端的引出线作为所述检测线圈的输出端。
5、 如权利要求3所述的磁弹性传感器共振频率检测装置，其特征在于所述的直流励磁支路为直流源与直流调节器串联；所述的交流扫频支路为信号发生器与交流调节器串联。
6、 如权利要求5所述的磁弹性传感器共振频率检测装置，其特征在于 所述的信号检测处理装置包括控制器、信号检测电路和模\数转换电路，所述 的信号检测电路的两个输入端接所述检测线圈的两个输出端，所述的信号检 测电路的输出端接模\数转换电路的输入端，所述的模\数转换电路的输出端 接所述控制器的输入端，所述控制器的输出端分别与所述直流源以及信号发 生器的输入端连接。
7、 如权利要求3至6之一所述的磁弹性传感器共振频率检测装置，其特征在于还包括一台上位机，所述的信号检测处理装置与该上位机通信连接。
8、 如权利要求7所述的磁弹性传感器共振频率检测装置，其特征在于所述的信号检测处理装置与该上位机之间采用RS232串口或并口或IIC串行总 线的模式通讯。
9、 如权利要求5所述的磁弹性传感器共振频率检测装置，其特征在于 信号发生器是频率合成器。
全文摘要
本发明公开了一种磁弹性传感器共振频率检测方法及装置，该检测装置包括检测线圈、激励线圈、直流激励支路、交流扫频支路、信号检测处理装置，所述直流激励支路与交流扫频支路并联并接至所述激励线圈，所述信号检测处理装置的信号输入端连接所述检测线圈的输出端。该检测装置的检测线圈结构为对称反绕去耦合检测线圈组合线圈结构，即在复合线圈内的两个单线圈匝数相同而绕向相反，结构对称，外包激励线圈使得反绕的两线圈在激励磁场中的位置也是对称的。该检测装置和方法可以准确测量磁弹性传感器在不同的介质内的共振频率，精度高，适用范围广。
文档编号G01R23/02GK101231314SQ20081003065
公开日2008年7月30日 申请日期2008年2月21日 优先权日2008年2月21日
发明者何令文, 杨唐胜, 蔡青云 申请人:湖南大学