电容或电感的电压_磁场对于电感路径检测的影响

卓大，你好，我想问你一个关于磁场干扰电感检测的问题。我们希望通过电磁线引导，将我们的智能汽车放入变电站进行巡逻，以实时监控变电站的环境。

但我们知道变电站有一个强大的电磁场，它们会影响电磁巡逻吗？在阅读您的推文之前，我了解到电感检测只会受到相同频率的电磁干扰，我不知道它是否会受到强磁场的影响。还是我可以找到任何相关的信息来查看？

变流电站中确实有各种高压、大电流功率信号，以及在强电下工作的各种变压设备。空间中有强大的电场和磁场。

1.变压器旁边的泄漏磁场

例如，在大型变压器周围，会有50个变压器泄漏Hz交变磁场。以下是小型变压器，使用小型工字10mH通过变压器周围的电感会感应到50Hz的信号。

下图显示了电感两端的交流电压振幅值随移动位置的变化。表明变压器确实有泄漏交变磁场，离变压器越近，感应电压越强。

2.电磁线导航检测原理

(1) 影响因素分析

如果使用与智能车竞赛检测轨道电磁线相同的工字电感(10mH)，配备谐振电容(6).8nF)为了检测导电磁线的位置，变电站中的干扰电场和磁场对传感器影响不大。

首先，由于采用电感检测原理，强电场不会在电感中产生感应电势。

其次，虽然存在的工频磁场可以在工字电感中产生感应交流电势，但相对较弱。例如，在测量泄漏磁场检测值之前，可以看到感应50Hz交流电压幅值很小，随着距离变压器的增加，幅值也大大降低。

(2) 谐振检测信号

对向路径20kHz对于电磁线，其产生的磁场在电感中感应到的电容式，在电感和谐振电容谐振后，输出的电压信号非常强。

下图显示了并联谐振电容的电感等效电路。该电路是交变磁场产生的感应电容式LC串联谐振。电容上产生的电压信号是感应电容式的Q倍。Q是RLC谐振电路质量因子。

其中Z0是RLC谐振电路的特征阻抗。对于前面给出的L=10mH，C1=6.8nF，相应的电路特征阻抗等于1212.7Ω。若电感的等效串联点租为25欧姆，则RLC谐振电路质量因子Q=48.51.这相当于传感器将谐振频率交流信号放大了近50倍。

(3) 实验对比谐振和非谐振检测

下图显示了使用工字型电感在通有100mA 20kHz交变电流的电磁线横向移动是观察到的感应20kHz谐振交流信号。

下图反映了传感器检测到的水平方向电磁场的强度变化曲线。电磁线的位置可以根据此变化信息进行检测。

如果电感不匹配谐振电容(6.2 ~ 6.8nF)，然后电感两端的电压信号非常凌乱，振幅非常小。你可以看到20kHz导电磁场信号完全淹没在干扰信号中。

下图显示了相同的电感，但没有匹配的谐振电容，水平方向的交变磁场强度的变化。该信号的强度根本无法反映导航电磁线的位置。

谐振电容检测按工字电感配置20kHz导航交变磁场的原理可以看到变电站50的变化Hz磁场对导航信号影响不大。

1.强磁场会使电感饱和

但如果磁场强度很大，如果电感磁芯饱和，会影响电感的电感，使传感器谐振电路的频率不再是导航电流频率(20kHz)，然后将采集信号的振幅降低。

下图显示了外部磁铁对普通电感的影响。手指钕铁硼永磁铁靠近工字电感(10mH)附近，会看到LCR仪表测量的电感值变小。

2.测量电感饱和度

电感饱和磁场强度可用线性霍尔器件定量测量。

以下是博文的使用 线性霍尔传感器^[1] 根据霍尔器件3503测量电感的磁感应强度。 霍尔3503^[2] 数据手册给出的指标灵敏度为1.3mV/G。

通过改变施加在电感上的电源电压来改变电感的电流值。这可以测量霍尔3505输出电压在不同电源电压下的变化。如下图所示：

从测量曲线来看，霍尔的输出变化约为130mV，说明在电感 磁芯的磁感应强度约为100高斯。 也说明，在磁芯中感应强度超过80高斯之后，磁芯就趋于饱和。

当区域饱和之后，变化的电流就不在影响磁通量的变化，对应的电感量就会急剧下降。进而也会使得检测信号减弱。

因此，需要根据所使用的电感磁芯材料的说明，避免碰到特别强的磁场，避免电感磁芯饱和。

1.强磁场对于LC回路影响

将电感和相应的谐振电容放置在电磁线周围。它输出检测到的20kHz的导航信号。

然后使用 一块永磁铁从电感顶部划过，展示外部磁场对于电感的影响。如果磁铁距离电感比较远，电感没有进入饱和状态，LC谐振回路输出信号不会受到磁铁的影响。

如果磁铁靠近电感比较近，电感磁芯会进入饱和状态。电感量变小，进而谐振回路的频率就会变化，输出的信号就会变小，甚至消失。

下图显示了使用磁铁均匀划过电感顶部时所引起输出谐振信号的变化。

将磁铁划过电感顶部每一步对应的输出信号幅值绘制成曲线，如下。其中信号降低到0附近的时候，对应着永磁铁处在电感的顶部附近的情况。

2.强电场对于电感的影响

使用在博文 高压产生平台^[3] 中介绍的高压模块产生2400V的直流电压，通过两片铜箔靠近电感，使得电感处在强电场的作用下。通过测量电感的数值，可以看到电感的数值没有发生变化。

这个实验也证明了强的电场对于LC谐振检测方法没有影响。

在很多工厂内的自动导航车(AGV)使用磁带、磁钉等进行自动导航，适合在平地、室内应用。随着使用磨损，后期需要进行维护。

使用通有交流电的电磁线导航，铺设起来相对比较容易，而且不用暴露在地面，没有磨损，导引信号比较强。当然，为了避免行进道路上偶然出现的障碍、行人，在AGV上还需要安装额外主动防撞系统来提高系统的安全性。

参考资料

[1]

线性霍尔传感器: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/107100857

[2]

霍尔3503: https://wenku.baidu.com/view/f5ddc5ff910ef12d2af9e764.html

[3]

高压产生平台: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/108678217