一種電磁超聲通信裝置及方法與流程

本發明涉及超聲波信號傳輸領域，具體涉及一種超聲波穿金屬通信裝置。

背景技術：

金屬壁通信如船體、管道等由于其特殊性，使傳統的通信方法難以實現。在無線通信領域，射頻通信由于集膚效應而難以穿過金屬傳輸。采用電感耦合方式時，渦流損耗和磁滯損耗會影響信號的傳遞效率。所以普遍采用超聲波通信的方式。

公開號為CN 103944646 A的中國專利《一種超聲波穿金屬通信裝置》是采用傳統的壓電傳感器制造的超聲換能器，它的缺點是必須依賴于耦合劑和良好的表面處理，而且不能用于高溫高壓高速等環境，當金屬表面受到腐蝕或者油漆等造成表面不光滑時不能達到理想的傳輸效果。所以應用非常有限。

技術實現要素：

本發明為一種電磁超聲通信裝置及方法，它采用尺寸相同的兩圓柱形永磁體，分別置于金屬壁兩側，確保兩圓柱形永磁體的軸相互對準，垂直于金屬壁表面；采用直徑與永磁體相近的密集纏繞單層平面螺旋餅形漆包線線圈作為超聲波的激發線圈和感應線圈，激發線圈置于發送信號一側的金屬壁與永磁體之間,感應線圈置于接收信號一側的金屬壁與另一永磁體之間；永磁體與線圈、線圈與金屬壁之間間隙不超過1mm；超聲波激發線圈連接發射信號處理單元，超聲波感應線圈連接接收信號處理單元。

所述發射信號處理單元，包括H橋功率放大電路，驅動電路，現場可編程門陣列(FPGA)數據處理電路；H橋功率放大電路一端連接超聲波激發線圈，H橋功率放大電路的另一端連接驅動電路，驅動電路的一端連接現場可編程門陣列(FPGA)數據處理電路。

所述接收信號處理單元包括儀表放大器，帶通濾波器，A/D轉換電路，現場可編程門陣列(FPGA)數據處理電路，儀表放大器一端與超聲波接收線圈連接，儀表放大器另一端與帶通濾波器連接，帶通濾波器另一端與A/D轉換電路連接，A/D轉換電路另一端與現場可編程門陣列(FPGA)數據處理電路連接。

通過FPGA對傳輸數據進行相移鍵控調制轉變為待發送信號，信號經放大后通過超聲波激發線圈與超聲波感應線圈穿過金屬壁，再經放大濾波后傳輸至FPGA，FPGA對信號解調完成傳輸過程。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為本發明中發射信號處理單元的結構示意圖。

圖3為本發明中接收信號處理單元的結構示意圖。

具體實施方式

結合圖1所示采用尺寸相同的兩圓柱形永磁體，分別置于金屬壁兩側，確保兩圓柱形永磁體的軸相互對準，垂直于金屬壁表面；采用直徑與永磁體相近的密集纏繞單層平面螺旋餅形漆包線線圈作為超聲波的激發線圈和感應線圈，激發線圈置于發送信號一側的金屬壁與永磁體之間,感應線圈置于接收信號一側的金屬壁與另一永磁體之間；永磁體與線圈、線圈與金屬壁之間間隙不超過1mm；超聲波激發線圈連接發射信號處理單元，超聲波感應線圈連接接收信號處理單元；圖1中標號1、2、3、4分別代表發射信號處理單元、圓柱形永磁體、漆包線線圈、接收信號處理單元。

結合圖2所示發射信號處理單元，包括H橋功率放大電路，驅動電路，現場可編程門陣列(FPGA)數據處理電路；H橋功率放大電路一端連接超聲波激發線圈，H橋功率放大電路的另一端連接驅動電路，驅動電路的一端連接現場可編程門陣列(FPGA)數據處理電路；圖2中標號6、7、8、3分別代表現場可編程門陣列(FPGA)數據處理電路、驅動電路、H橋功率放大電路、超聲波激發線圈。

結合圖3所示接收信號處理單元包括儀表放大器，帶通濾波器，A/D轉換電路，現場可編程門陣列(FPGA)數據處理電路，儀表放大器一端與超聲波接收線圈連接，儀表放大器另一端與帶通濾波器連接，帶通濾波器另一端與A/D轉換電路連接，A/D轉換電路另一端與現場可編程門陣列(FPGA)數據處理電路連接；圖3中標號4、9、10、11分別代表超聲波接收線圈、儀表放大器、帶通濾波器、A/D轉換電路、現場可編程門陣列(FPGA)數據處理電路。

通過FPGA對傳輸數據進行相移鍵控調制轉變為待發送信號，信號經放大后通過超聲波激發線圈與超聲波感應線圈穿過金屬壁，再經放大濾波后傳輸至FPGA，FPGA對信號解調完成傳輸過程。