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一种水下 电场 信号主动检测电路及检测方法

阅读：0发布：2020-08-03

专利汇可以提供一种水下电场信号主动检测电路及检测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种水下电场信号主动检测电路及检测方法，属于水下电场信号检测技术领域，能够实现避免被动电场测量中差分放大电路中零点漂移和失调电压对低频电场信号的干扰。检测电路包括交流激励源、偶极子电极、限流电阻 R6、直流隔离电容C4、接地电阻R7、检波器、积分器以及滤波器。交流激励源频率为待测水下电场信号频率的20倍以上；交流激励源接入到偶极子电极的信号输入端，偶极子电极的信号输出端通过直流隔离电容C4连接检波器；偶极子电极位于水下。直流隔离电容C4两端分别通过限流电阻R6和接地电阻R7接地。检波器后端顺次连接积分器和滤波器。积分器输出端信号反馈给偶极子电机的信号输入端。，下面是一种水下电场信号主动检测电路及检测方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种水下电场信号主动检测电路，其特征在于，用于对待测水下电场信号进行电场信号幅度检测，包括交流激励源、偶极子电极、限流电阻R6、直流隔离电容C4、接地电阻R7、检波器、积分器以及滤波器；
所述交流激励源频率为所述待测水下电场信号频率的20倍以上；
所述交流激励源接入到所述偶极子电极的信号输入端，所述偶极子电极的信号输出端通过直流隔离电容C4连接检波器；所述偶极子电极位于水下；
所述直流隔离电容C4两端分别通过所述限流电阻R6和所述接地电阻R7接地；
检波器后端顺次连接所述积分器和所述滤波器；
所述积分器输出端信号反馈给所述偶极子电机的信号输入端。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述偶极子电极包括2个电极，分别记为第一电极和第二电极，所述交流激励源接入到所述第一电极和第二电极的一端，即偶极子电机的信号输入端，所述第一电极和第二电极的另一端，即偶极子电机的信号输出端通过直流隔离电容C4连接检波器。
3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述交流激励源由振荡电路以及集成反相器U3E组成；
所述振荡电路的输出端输出一个正相交流激励信号接入所述第一电极，所述交流激励信号的信号频率为所述待测水下电场信号频率的20倍以上；
所述振荡电路的输出端与所述集成反相器U3E输入端连接，得到一个反相交流激励信号接入所述第二电极。
4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述振荡电路由运算放大器U1A第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第二电容C2、第八电容C8构成；
其中第二电阻R2、第二电容C2并联，R2和C2的并联电路一端接所述运算放大器U1A正向输入端管脚3，另一端接地；
第三电阻R3与第八电容C8串联，R3和C8的串联电路一端接运算放大器U1A正向输入端管脚3，另一端接U1A的输出管脚1，形成一个反馈网络；
第四电阻R4一端接U1A的反向输入端管脚2，另一端接地；
第五电阻R5一端接U1A的反向输入端管脚2，一端接输出管脚1，形成另外一个反馈网络。
5.一种水下电场信号主动检测方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的电路对待测水下电场信号进行电场信号幅度检测，包括如下步骤：
所述交流激励源输出一个频率在所述待测水下电场信号频率的20倍以上的交流激励信号；
所述交流激励信号施加在所述偶极子电极的2个电极上，所述交流激励信号在所述偶极子电机的2个电极与海水介质之间产生参考交变电场，所述参考交变电场与待测水下电场信号叠加，并被待测电场信号调制，形成交变调制信号；
所述交变调制信号经过直流隔离电容C4与接地电阻R7后，隔离掉零点漂移，进入所述检波器；
所述交变调制信号经过所述检波器后，将还原解调出叠加的幅度调制信息；
所述幅度调制信息经所述积分器，输出所述水下电场信号的直流电压幅度信号，该直流电压幅度信号反馈至所述偶极子电极的信号输入端，用于补偿待测水下电场信号在电路传输过程中的衰减；
所述直流电压幅度信号进入所述滤波器，滤除交流噪声，输出待测水下电场信号的幅度检测信号。

说明书全文

一种水下 电场 信号主动检测电路及检测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及水下电场信号检测技术领域，具体涉及一种水下电场信号主动检测电路及检测方法。

背景技术

[0002] 目前，水下电场测量中，实际上是测量水下电场空间某一轴方向上两点间的电位电势差。通常采取被动测量的方式，如图2所示为传统的被动水下电场信号检测电路，其中电场传感器采用Ag/AgCl 电极或高分子聚合物电极构成偶极子电极阵列，偶极子电机包括第一电极和第二电极，在偶极子电极的2个电极后级分别接前置电路，将电流信号转变为电压信号，将偶极子电极采得的电位电压经过差分放大器处理后，得到空间电场中两点的电位电势差，实现对电场信号的接收。这种方法需要测量极低频0.2Hz以下的目标舰船水下电场信号时，差分放大电路自身固有的零点漂移、直流偏置电压等形成极低频的干扰信号，影响测试结果。

[0003] 而水下电场测量过程中，当需要测量极低频的目标舰船水下电场信号时，差分放大电路自身的零点漂移、直流偏置电压等形成极低频的干扰信号，影响测试结果。

[0004] 因此，目前亟需一种能够对水下电场信号进行主动检测的方案，且能够实现避免被动电场测量中差分放大电路中零点漂移和失调电压对低频电场信号的干扰。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本发明提供了一种水下电场信号主动检测电路及检测方法，能够实现避免被动电场测量中差分放大电路中零点漂移和失调电压对低频电场信号的干扰。

[0006] 为达到上述目的，本发明的技术方案为：一种水下电场信号主动检测电路，用于对待测水下电场信号进行电场信号幅度检测，包括交流激励源、偶极子电极、限流电阻R6、直流隔离电容C4、接地电阻R7、检波器、积分器以及滤波器。

[0007] 交流激励源频率为待测水下电场信号频率的20倍以上；

[0008] 交流激励源接入到偶极子电极的信号输入端，偶极子电极的信号输出端通过直流隔离电容C4连接检波器；偶极子电极位于水下。

[0009] 直流隔离电容C4两端分别通过限流电阻R6和接地电阻R7接地。

[0010] 检波器后端顺次连接积分器和滤波器。

[0011] 积分器输出端信号反馈给偶极子电机的信号输入端。

[0012] 本发明实施例中，进一步地，偶极子电极包括2个电极，分别记为第一电极和第二电极，交流激励源接入到第一电极和第二电极的一端，即偶极子电机的信号输入端，第一电极和第二电极的另一端，即偶极子电机的信号输出端通过直流隔离电容C4连接检波器。

[0013] 本发明实施例中，进一步地，交流激励源由振荡电路以及集成反相器U3E组成；

[0014] 振荡电路的输出端输出一个正相交流激励信号接入第一电极，交流激励信号的信号频率为待测水下电场信号频率的20倍以上；

[0015] 振荡电路的输出端与集成反相器U3E输入端连接，得到一个反相交流激励信号接入第二电极。

[0016] 本发明实施例中，进一步地，振荡电路由运算放大器U1A第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第二电容C2、第八电容C8构成。

[0017] 其中第二电阻R2、第二电容C2并联，R2和C2的并联电路一端接运算放大器U1A正向输入端管脚3，另一端接地。

[0018] 第三电阻R3与第八电容C8串联，R3和C8的串联电路一端接运算放大器U1A正向输入端管脚3，另一端接U1A的输出管脚1，形成一个反馈网络。

[0019] 第四电阻R4一端接U1A的反向输入端管脚2，另一端接地。

[0020] 第五电阻R5一端接U1A的反向输入端管脚2，一端接输出管脚1，形成另外一个反馈网络。

[0021] 本发明实施例还提供了一种水下电场信号主动检测方法，采用上述电路对待测水下电场信号进行电场信号幅度检测，包括如下步骤：

[0022] 交流激励源输出一个频率在待测水下电场信号频率的20倍以上的交流激励信号。

[0023] 交流激励信号施加在偶极子电极的2个电极上，交流激励信号在偶极子电机的2个电极与海水介质之间产生参考交变电场，参考交变电场与待测水下电场信号叠加，并被待测电场信号调制，形成交变调制信号。

[0024] 交变调制信号经过直流隔离电容C4与接地电阻R7后，隔离掉零点漂移，进入检波器。

[0025] 交变调制信号经过检波器后，将还原解调出叠加的幅度调制信息。

[0026] 幅度调制信息经积分器，输出水下电场信号的直流电压幅度信号，该直流电压幅度信号反馈至偶极子电极的信号输入端，用于补偿待测水下电场信号在电路传输过程中的衰减。

[0027] 直流电压幅度信号进入滤波器，滤除交流噪声，输出待测水下电场信号的幅度检测信号。

[0028] 有益效果：

[0029] 本发明采用主动测量方法来实现：在偶极子电极上施加一定频率的交流激励源，激励频率远高于待测电场信号频率(激励频率是待测信号频率20倍以上)，在电极之间形成参考交变电场，当目标舰船进入待测水域，其水下低频电场信号与参考交表电场相叠加，在交变电场上形成幅度变化的调制信号，将幅度调制信号进行检波、积分求和、滤波处理后，将待测电场信号的幅度信息解调还原出来。采用本发明提供的检测电路和监测方法所得到的水下电场信号的幅度信息，能够实现避免被动电场测量中差分放大电路中零点漂移和失调电压对低频电场信号的干扰。附图说明

[0030] 图1为本发明提供的水下电场信号主动检测电路原理图；

[0031] 图2为传统的被动水下电场测量电路原理图；

[0032] 图3为偶极子电场等效原理图；

[0033] 图4为本发明提供的主动检测电路细节电路原理图。

具体实施方式

[0034] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

[0035] 本发明提供了一种水下电场信号主动检测电路，如图1所示，该电路用于对待测水下电场信号进行电场信号幅度检测，包括交流激励源、偶极子电极、限流电阻R6、直流隔离电容C4、接地电阻R7、检波器、积分器以及滤波器；

[0036] 交流激励源频率为待测水下电场信号频率的20倍以上。

[0037] 交流激励源接入到偶极子电极的信号输入端，偶极子电极的信号输出端通过直流隔离电容C4连接检波器；偶极子电极位于海水中。

[0038] 本发明实施例中，偶极子电极包括2个电极，分别记为第一电极和第二电极，交流激励源接入到第一电极和第二电极的一端，即偶极子电机的信号输入端，第一电极和第二电极的另一端，即偶极子电机的信号输出端通过直流隔离电容C4连接检波器。

[0039] 主动测量过程中，偶极子电极与电极间的海水介质在激励源作用下，作为负载，形成交变的电场，其等效电路如图3所示：

[0040] 电阻Rc和电阻R′C为电极的馈线电阻，电阻Rg和电阻R′g为电极与海水导电媒质之间的接触电阻，与电极材质、尺寸等有关；Rl和Cl分别为电极之间海水媒质的电阻和电容，与海水介质电导率、电极之间距离、工作频率等有关。

[0041] 直流隔离电容C4两端分别通过限流电阻R6和接地电阻R7接地。

[0042] 检波器后端顺次连接积分器和滤波器。

[0043] 积分器输出端信号反馈给偶极子电机的信号输入端。

[0044] 本发明实施例中，交流激励源由振荡电路以及集成反相器U3E组成，具体如图4所示。

[0045] 振荡电路的输出端输出一个正相交流激励信号接入第一电极，交流激励信号的信号频率为待测水下电场信号频率的20倍以上。

[0046] 如图4所示，振荡电路由运算放大器U1A第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第二电容C2、第八电容C8构成。

[0047] 其中第二电阻R2、第二电容C2并联，R2和C2的并联电路一端接运算放大器U1A正向输入端管脚3，另一端接地。

[0048] 第三电阻R3与第八电容C8串联，R3和C8的串联电路一端接运算放大器U1A正向输入端管脚3，另一端接U1A的输出管脚1，形成一个反馈网络。

[0049] 第四电阻R4一端接U1A的反向输入端管脚2，另一端接地。

[0050] 第五电阻R5一端接U1A的反向输入端管脚2，一端接输出管脚1，形成另外一个反馈网络。

[0051] 其中数值取R2＝R3＝R，C2＝C8＝C，R5＝2R4。则激励源振荡器的谐振频率f为f＝1/2πRC；取谐振频率f的值是待测电场信号频率20倍以上，利于解调后滤除交流干扰。

[0052] 振荡电路的输出端与集成反相器U3E输入端连接，得到一个反相交流激励信号接入第二电极。

[0053] 本发明实施例还提供了一种水下电场信号主动检测方法，采用上述实施例提供的检测电路对待测水下电场信号进行电场信号幅度检测，包括如下步骤：

[0054] 1)交流激励源输出一个频率在待测水下电场信号频率的20倍以上的交流激励信号；

[0055] 2)交流激励信号施加在偶极子电极的2个电极上，交流激励信号在偶极子电机的2个电极与海水介质之间产生参考交变电场，参考交变电场与待测水下电场信号叠加，并被待测电场信号调制，形成交变调制信号

[0056] 3)交变调制信号经过直流隔离电容C4与接地电阻R7后，隔离掉零点漂移，进入检波器；

[0057] 4)检波二极管D1与电容C6构成正向检波器，检波二极管D2与电容C5构成反向检波器，双向检波器将调制交变信号进行峰值检波后，通过限流电阻R8、R9相加输入到后级。

[0058] 即交变调制信号经过检波器后，将还原解调出叠加的幅度调制信息；

[0059] 5)幅度调制信息经积分器，运算放大器U2A与电阻R10、电容C7构成积分器：电阻R10一端连接前级，一端接运算放大器反向输入端管脚2；电容C7一端接运算放大器U2A反向输入端管脚2，一端接运算放大器U2A输出端管脚1。

[0060] 积分器输出水下电场信号的直流电压幅度信号，该直流电压幅度信号反馈至偶极子电极的信号输入端，用于补偿待测水下电场信号在电路传输过程中的衰减；

[0061] 6)直流电压幅度信号进入滤波器，滤除交流噪声，输出待测水下电场信号的幅度检测信号。

[0062] 滤波器为RC滤波器由电阻Rl1和电容Cl2构成，滤波器的低通截止频率为：

[0063] f＝1/2πR11C12

[0064] 经过低通滤波后，电场电压幅度信号上的交流噪声被进一步滤除，输出到后级。

[0065] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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