基于電磁感應(yīng)技術(shù)的自動化修正裝定系統(tǒng)仿真分析

（中北大學(xué) 機電工程學(xué)院，太原 030051）

0 引言

近年來，我國修正裝訂技術(shù)迎來了發(fā)展熱潮，在修正裝定系統(tǒng)更新的過程中，主要的更新目的是在能源耗用最低值下促進自動化修正裝定系統(tǒng)的工作效率，使系統(tǒng)具有工作可靠性[1]。自動化修正裝定系統(tǒng)用來完成信息和數(shù)據(jù)等文件的裝定，減輕工作人員的工作量，得到了各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，傳統(tǒng)的自動化裝訂系統(tǒng)在工作時由于數(shù)據(jù)識別錯誤，總會出現(xiàn)修正裝定錯誤，造成嚴重影響。

因此本文在傳統(tǒng)的自動化修正裝訂系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合電磁感應(yīng)技術(shù)，提高系統(tǒng)的工作效率。為了達到以上的更新標準，本文進行基于電磁感應(yīng)技術(shù)的自動化修正裝定系統(tǒng)的研究，其主要優(yōu)勢是既可以保證系統(tǒng)的工作效率、能耗控制，也能在工作過程中進行合法的修正裝定信息存儲。

1 基于電磁感應(yīng)技術(shù)的自動化修正裝定系統(tǒng)硬件設(shè)計

本文設(shè)計的基于電磁感應(yīng)技術(shù)的自動化修正裝定系統(tǒng)硬件由逆變器、整流器兩個主要部分組成，通過接收電路完成連接[2]。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于電磁感應(yīng)技術(shù)的自動化修正裝定系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

1.1 逆變器

基于電磁感應(yīng)技術(shù)的自動化修正裝定系統(tǒng)硬件區(qū)域的逆變器設(shè)備的工作是將系統(tǒng)內(nèi)部的直流電流轉(zhuǎn)換為高頻率的交流信號，自動化裝定器識別高頻信號，完成信息的修正裝定操作[3]。逆變器高頻信號轉(zhuǎn)換原理是通過直流電流的網(wǎng)絡(luò)圖結(jié)構(gòu)進行信號轉(zhuǎn)變，此轉(zhuǎn)變方式保證了需要修正裝定信息的完成性。逆變器的優(yōu)勢是適用于多種頻率信號的轉(zhuǎn)換，并且工作能耗少。

逆變器架構(gòu)如圖2所示。

圖2 逆變器架構(gòu)

本文設(shè)計的逆變器主要由柵極驅(qū)動器、現(xiàn)場效應(yīng)晶體管以及其他輔助小零件構(gòu)成。IRFP260柵極驅(qū)動器的工作是驅(qū)動逆變器晶體管工作，逆變器晶體管的工作電壓為12V，輸出電壓為20V，因此柵極驅(qū)動器的工作電壓為25V，輸出電壓為30V，才能正常的驅(qū)動逆變器晶體管工作。IRFP260柵極驅(qū)動器工作的額定功率為150W，可以滿足基本的信息修正裝定工作。驅(qū)動器在統(tǒng)一任務(wù)處理時，發(fā)出兩個不同格式的信號，兩個信號的意義相同一旦其中的一個信號在傳輸過程中出現(xiàn)信號格式化，立即將第二格式的信號繼續(xù)傳輸?，F(xiàn)場效應(yīng)晶體管外表具有多個圓頭，在信號傳輸時屏蔽外界的信號干擾[4]。

逆變器電路圖如圖3所示。

圖3 逆變器電路圖

1.2 整流器

本文分析的基于電磁感應(yīng)技術(shù)的自動化修正裝定系統(tǒng)為了較少工作能耗，不采用傳統(tǒng)的移動電源提供電能，而是采用整流器作為電源轉(zhuǎn)換媒介，為系統(tǒng)提供工作電源。本文選擇的GJS-937整流器是目前最新版本的整流器，其工作是將系統(tǒng)發(fā)射端的電流進行能耗減壓處理，處理后為系統(tǒng)提供電能，將直流電流的功耗最大化。

整流器示意圖如圖4所示。

圖4 整流器示意圖

IRFP260柵極驅(qū)動器由發(fā)光二極管、無線接口、發(fā)射器以及電容器組成。發(fā)光二極管的工作電流為5A，工作電壓為2V，整流器內(nèi)配置的發(fā)光二極管數(shù)量根據(jù)系統(tǒng)的有效輸出電壓決定，正常輸出電壓為220V的系統(tǒng)，需要安裝200個發(fā)光二極管。IRFP260柵極驅(qū)動器的無線接口的工作是完成信號的接收，繼而完成修正裝定命令的執(zhí)行，整流器的工作效率可以達到95%。電容器的規(guī)定電容為100uF，但是在電容器工作中會自動消耗電容，因此額定電容為110Uf，本文設(shè)計的發(fā)射器的自感系數(shù)為19.54赫茲，接收器的自感系數(shù)為21赫茲，兩個設(shè)備的互感系數(shù)為2赫茲，耦合系數(shù)為0.5。耦合系數(shù)代表的接收器和發(fā)送器工作時耦合操作的誤差。

全橋整流器如圖5所示。

圖5 全橋整流器

1.3 接收電路

系統(tǒng)硬件區(qū)域的接收電路器的工作任務(wù)是將需要修正裝定的編碼信息進行解碼，然后發(fā)送修正裝定指令，驅(qū)動硬件區(qū)域的器件工作，完成自動化修正裝定系統(tǒng)的工作。其工作原理是發(fā)射器接收編碼信息和原有的待修正數(shù)據(jù)原碼，進行數(shù)據(jù)解碼，然后將解碼的信息發(fā)送到接收電路器的各個引腳內(nèi)，與整流器的信號波同步時，進行數(shù)據(jù)的修正操作。

接受電路的實質(zhì)是諧振電路，為了準確的控制自動化修正裝定系統(tǒng)的修正和裝定操作，本文設(shè)計串聯(lián)諧振電路和并聯(lián)諧振電路。諧振電路內(nèi)關(guān)鍵參數(shù)有電阻、電容、電感，電路運行時利用調(diào)諧和濾波過濾無意義的頻率，提高工作效率。只有接收電路經(jīng)過頻率和阻值不斷變化，導(dǎo)致電路是阻性時，接收電路才出現(xiàn)協(xié)助現(xiàn)象，才可以進行數(shù)據(jù)信息的修正和裝定操作。串聯(lián)諧振是諧振電路中最普遍的電路形式，多個串聯(lián)諧振電路和至少一個并聯(lián)諧振電路就可以構(gòu)成一個整體的諧振電路，其工作原理是調(diào)用接收電路內(nèi)的有效電流，通過并聯(lián)諧振的C2電流作為整流器的驅(qū)動命令控制接收電路的關(guān)閉與通路。并聯(lián)諧振是電路中的電感和電容并聯(lián)，電流出現(xiàn)同相位的情況，這時電路的電源做無用功，驅(qū)動諧振電路運行。

本文選擇Yu-57接收電路器，此電路器的驅(qū)動電源為12V 38AH/20HR 的鉛酸蓄電池，可以持續(xù)30天的電能供給，此電池的供給距離最遠位500米，并且電池一次正常續(xù)電只需要6小時，節(jié)省電能源的消耗。為了系統(tǒng)可以自動分辨操作指令，本文在接收電路器內(nèi)部設(shè)置一個遙感電線圈，此電線圈的驅(qū)動電壓位10V，當(dāng)相鄰的遙感電線圈的VVOP-DC、VVOP-HYS差值大于2時，調(diào)用電磁感應(yīng)技術(shù)完成自動化修正操作，相反，完成自動化裝定操作，條理清晰，使自動化修正裝定系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

接受電路原理接線圖如圖6所示。

圖6 接受電路原理接線圖

2 基于電磁感應(yīng)技術(shù)的自動化修正裝定系統(tǒng)軟件設(shè)計

電磁感應(yīng)技術(shù)是一種通過電場和磁場的內(nèi)在關(guān)系，利用變化磁通量中導(dǎo)體產(chǎn)生的電動勢和法拉利電磁感應(yīng)定律進行相應(yīng)操作，解決各個領(lǐng)域常見的問題。在自動化修正裝定系統(tǒng)軟件區(qū)域，通過融入電磁感應(yīng)技術(shù)，促進系統(tǒng)的工作效率。電磁感應(yīng)技術(shù)主要涉及硬件區(qū)域的信號接收器、整流器、發(fā)射器，其主要工作原理是系統(tǒng)內(nèi)部的各個硬件器件接入電源初始化后，電磁感應(yīng)技術(shù)將系統(tǒng)內(nèi)高頻磁場的波動信號進行交變處理，使小的無線信號波百倍放大，然后通過空氣介質(zhì)將信號傳輸?shù)较到y(tǒng)的接收器中，提高接收器的數(shù)據(jù)接收完整度。電磁感應(yīng)技術(shù)在對無線信號進行調(diào)用時，計算機會記錄信息信號波的變化情況。

通過以上對基于電磁感應(yīng)技術(shù)的自動化修正裝定系統(tǒng)硬件器件的分析和電磁感應(yīng)技術(shù)的了解，本文總結(jié)出自動化修正裝定系統(tǒng)的工作流程，流程主要分為三部分，分別為建立需要修正裝定信息數(shù)據(jù)的通、完成數(shù)據(jù)編碼、完成修訂裝定工作，具體流程如圖7所示。

基于電磁感應(yīng)技術(shù)的自動化修正裝定系統(tǒng)軟件工作流程如圖7所示。

圖7 基于電磁感應(yīng)技術(shù)的自動化修正裝定系統(tǒng)軟件工作流程

1）構(gòu)建數(shù)據(jù)數(shù)字通信模式主要經(jīng)過慮渡、信號解調(diào)、解碼以及識別一系列處理，首先要識別待處理的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)格式變?yōu)橄到y(tǒng)所能識別的格式，因為自動化修正裝定系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)格式均是數(shù)字格式，如果格式異常，則無法完成數(shù)據(jù)信息的修正裝定處理。然后將數(shù)據(jù)信息所攜帶的信號進行簡化，為數(shù)據(jù)的慮渡和信號解調(diào)奠定基礎(chǔ)。最后待修正裝定的數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥孀兤髦校ㄟ^循環(huán)漢明編碼使數(shù)據(jù)加密，完事遠程數(shù)據(jù)傳輸。

2）對于需要修正裝定的數(shù)據(jù)編碼本文采用循環(huán)漢明碼技術(shù)完成，循環(huán)漢明碼技術(shù)是一種有規(guī)律的編碼方法，可以提高電磁場感應(yīng)技術(shù)的干擾。在進行編碼前，必須明確數(shù)據(jù)編碼的格式以及完整的編碼數(shù)據(jù)。先將需要修正裝定的數(shù)據(jù)進行16進制轉(zhuǎn)換，然后將數(shù)據(jù)錄入計算機內(nèi)，自動生成相應(yīng)格式的多項式g（x），根據(jù)生成的多項式對需要修正裝定的數(shù)據(jù)進行定位編碼，具體編碼過程如式(1)所示。

其中，g（x）表示編碼生成的多項式；k是所有碼的多項式和定位多項式的差值，其值大于0；Q（x）表示編碼出的碼組；R（x）表示漢明碼多項式的商；m（x）表示多項式的余式。

3）通過循環(huán)漢明編碼技術(shù)對需要修正裝定的信息進行定位編碼后，電磁感應(yīng)技術(shù)調(diào)用硬件區(qū)域的逆變器和耦合器將編碼后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇邮针娐菲鲀?nèi)，電路器將編碼數(shù)據(jù)解碼，根據(jù)需求進行信息數(shù)據(jù)的修正裝訂。

3 仿真實驗

為了驗證本文提出的基于電磁感應(yīng)技術(shù)的自動化修正裝定系統(tǒng)的有效性，設(shè)計對比實驗，選用的系統(tǒng)為基于Web技術(shù)的自動化修正裝定系統(tǒng)和基于數(shù)據(jù)挖掘的自動化修正裝定系統(tǒng)。修正系統(tǒng)電網(wǎng)如圖8所示。

設(shè)定實驗參數(shù)如表1所示。

表1 實驗參數(shù)

根據(jù)上述參數(shù)，選用本文提出的基于電磁感應(yīng)技術(shù)的自動化修正裝定系統(tǒng)和傳統(tǒng)修正系統(tǒng)進行對比實驗，得到的實驗結(jié)果如下。

圖8 修正系統(tǒng)電網(wǎng)

自動化修正裝定系統(tǒng)負載電壓損耗實驗結(jié)果如圖9所示。

圖9 自動化修正裝定系統(tǒng)負載電壓損耗

實驗結(jié)果表明，隨著輸入電壓的升高，系統(tǒng)輸入電流減小，輸入功率和輸出功率均增加，系統(tǒng)傳輸效率逐漸提高。當(dāng)負載電阻設(shè)為20Ω時，通過改變輸入電壓值，測量輸出電壓和電流，得到了較高的輸出電壓和電流值，減小了輸入電流，提高了輸出功率，提高了系統(tǒng)的傳輸效率。在相同實驗次數(shù)內(nèi)，本文設(shè)計的自動化修正裝定系統(tǒng)實驗結(jié)果與理論分析一致，負載電壓損耗最低，基于Web技術(shù)的自動化修正裝定系統(tǒng)的負載電壓損耗相對較低，基于數(shù)據(jù)挖掘的自動化修正裝定系統(tǒng)負載電壓損耗最高。

修正距離實驗結(jié)果如表2所示。

表2 修正距離實驗結(jié)果

根據(jù)上述實驗結(jié)果可知，本文提出的基于電磁感應(yīng)技術(shù)的自動化修正裝定系統(tǒng)修正距離更長，修正能力更好。信息裝定的自動化程度以及工作可靠性的提高決定了引信的裝定要采用電磁感應(yīng)裝定技術(shù)，通過電磁感應(yīng)技術(shù)提高參數(shù)的調(diào)配能力，和信息的選取能力。本文提出的修正系統(tǒng)通過分析作用時間來減少時間差，從而減少誤差。

綜上所述，在相同時間內(nèi)，本文提出的基于電磁感應(yīng)技術(shù)的自動化修正裝定系統(tǒng)負載電壓損耗量更少，修正距離更長，具有很強的自動化能力，能夠在短時間內(nèi)實現(xiàn)修正，完成裝訂工作。在實際應(yīng)用中，本文提出的系統(tǒng)應(yīng)用效果更好。

4 結(jié)語

本文分別研究基于電磁感應(yīng)技術(shù)的自動化修正裝定系統(tǒng)硬件區(qū)域和軟件區(qū)域，在硬件區(qū)域構(gòu)建逆變器、整流器、接收電路器，然后通過電磁感應(yīng)技術(shù)，調(diào)用硬件區(qū)域的器件，使自動化修正裝定系統(tǒng)具有工作處理意義。通過以上的研究分析，突破傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計，在一定程度上推動系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用。