[發明專利]基于單片機的磁通門激勵信號產生方法及磁通門激勵電路

有效

• 申請號: 202110629661.0
• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113359202B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 胡星星;滕云田;李彩華;湯一翔;范曉勇;胡剛;何朝博;沈曉宇
• 申請（專利權）人: 中國地震局地球物理研究所
• 主分類號: G01V3/40
• 分類號: G01V3/40;G01V3/38;G05B19/042
• 代理公司: 成都天既明專利代理事務所(特殊普通合伙) 51259
• 代理人: 彭立瓊

1.一種基于單片機的磁通門激勵信號產生方法，其特征在于利用包含有定時/計數器T0和定時/計數器T1的單片機產生，單片機分別與磁通門磁力儀的相敏檢波電路和激勵信號功率驅動電路連接；所述定時/計數器T0工作在自動裝載的工作模式0，其計數周期輸出作為相敏檢波電路的輸入參考信號；所述定時/計數器T1工作在非自動裝載的工作模式1，其計數周期輸出作為磁通門激勵信號；

所述磁通門激勵信號產生方法，由所述單片機按照以下步驟進行操作：

S1單片機初始化，設置定時/計數器T0和定時/計數器T1的中斷功能；

S2設置定時/計數器T0的計數初值寄存器TH0和TL0；本步驟中，依據以下公式設置定時/計數器T0的計數初值：

式中，SYS_CLK為單片機系統頻率，PSD_CLK為頻率為2f₀的輸入磁通門相敏檢波電路的參考信號；

S3啟動定時/計數器T0；

S4當定時/計數器T0溢出，進入定時/計數器T0中斷響應程序；

S5在定時/計數器T0中斷響應中，設置輸出參考信號的單片機IO引腳電平翻轉，并將該參考信號輸出至與之連接的相敏檢波電路；

S6判斷參考信號是否屬于指定電平狀態，若屬于指定電平狀態，進入步驟S7；否則退出定時/計數器T0當前中斷響應，返回步驟S4，等待定時/計數器T0下一次中斷響應；本步驟中，根據當參考信號和激勵信號同時輸出時，相敏檢波電路接收的磁通門探頭感應線圈輸出的二次諧波信號與參考信號之間的相位差來確定定時/計數器T1啟動時刻的參考電平狀態，即指定電平狀態：

(1)相位差小于180°，指定電平狀態為高電平，即當參考信號為高電平時啟動定時/計數器T1；

(2)當相位差不小于180°，指定電平狀態為低電平，即當參考信號為低電平時啟動定時/計數器T1；

S7設置定時/計數器T1的計數初值寄存器TH1和TL1；本步驟中，依據以下公式設置定時/計數器T1的計數初值：

式中，SYS_CLK為單片機系統頻率；PSD_CLK為頻率為2f₀的磁通門相敏檢波器PSD的參考信號，％表示取余數；

S8啟動定時/計數器T1，并退出定時/計數器T0當前中斷響應；

S9當定時/計數器T1溢出，進入定時/計數器T1中斷響應程序；

S10在定時/計數器T1中斷響應中，設置輸出激勵信號的單片機IO引腳電平翻轉，并將該激勵信號輸出至與之連接的激勵信號功率驅動電路；然后退出定時/計數器T1當前中斷響應，返回步驟S4，等待定時/計數器T0下一次中斷響應。

2.根據權利要求1所述的基于單片機的磁通門激勵信號產生方法，其特征在于單片機初始化包括以下分步驟：

S11設置定時/計數器T0和定時/計數器T1的模式寄存器；

S12設置定時/計數器T0和定時/計數器T1均為定時模式；

S13設置定時/計數器T0和定時/計數器T1的啟動模式；

S14設置定時/計數器T0和定時/計數器T1的輸入計數脈沖頻率；

S15啟動單片機系統中斷功能以及定時/計數器T0和定時/計數器T1的溢出中斷功能。

3.一種基于單片機的磁通門激勵電路，其特征在于包括單片機，磁通門探頭，激勵信號功率驅動電路以及信號檢測電路；

單片機設置有激勵信號輸出端和參考信號輸出端；磁通門探頭包括鐵芯以及鐵芯上纏繞的激勵線圈和感應線圈；激勵信號功率驅動電路輸入端與單片機的激勵信號輸出端連接，輸出端與激勵線圈兩端連接；信號檢測電路包括依次連接的輸入電路、選頻放大電路、相敏檢波電路PSD、積分電路和輸出緩沖電路，積分電路進一步與反饋電路輸入端連接，反饋電路的輸出端連接感應線圈的一端，并通過信號檢測電路的輸入電容與輸入電路直流隔開；輸入電路輸入端與感應線圈兩端連接；

所述單片機包含定時/計數器T0和定時/計數器T1；所述定時/計數器T0的計數周期輸出作為相敏檢波器的輸入參考信號，所述定時/計數器T1的計數周期輸出作為磁通門激勵信號；

所述定時/計數器T0的設置包括：

(1)設置定時/計數器T0的工作模式寄存器TMOD(TMOD.0～TMOD.3)：使TMOD.0＝0和TMOD.1＝0，即定時/計數器T0工作在自動裝載的工作模式0；設置TMOD.2＝0，即設置定時/計數器T0的計數/定時控制位即選擇定時/計數器T0為定時模式；設置TMOD.3＝0，即設置定時/計數器T0的門控位GATE＝0，即采用控制寄存器TCON的TR0位置1(TR0＝1)的方式啟動定時/計數器T0工作；

(2)設置單片機輔助寄存器AUXR的T0×12位為1，以單片機系統時鐘頻率SYS_CLK作為定時/計數器T0的輸入計數脈沖頻率；

(3)按下式設置定時/計數器T0的計數初值寄存器TH0和TL0：

式中，SYS_CLK為單片機系統頻率；PSD_CLK為頻率為2f₀的磁通門相敏檢波電路PSD的輸入參考信號；％表示取余數；

定時/計數器T1的設置包括：

(1)設置單片機定時/計數器的工作模式寄存器TMOD(TMOD.4～TMOD.7)：使TMOD.4＝1和TMOD.5＝0，即定時/計數器T1工作在16位非自動裝載的工作模式1；設置TMOD.6＝0，即設置定時/計數器T1的計數/定時控制位即選擇定時/計數器T1為定時模式；設置TMOD.7＝0，即設置定時/計數器T1的門控位GATE＝0，即采用控制寄存器TCON的TR1位置1(TR1＝1)的方式啟動定時/計數器T1工作；

(2)設置單片機輔助寄存器AUXR的T1×12位為1，以單片機系統時鐘頻率作為定時/計數器T1的輸入計數脈沖頻率；

(3)按下式設置定時/計數器T1的計數初值寄存器TH1和TL1：

式中，SYS_CLK為單片機系統頻率；PSD_CLK為頻率為2f₀的磁通門相敏檢波器PSD的參考信號；為參考信號和激勵信號同時輸出時，相敏檢波電路接收的磁通門探頭感應線圈輸出的二次諧波信號與參考信號之間的相位差。