CN201926769U

CN201926769U - 探地仪发射机

Info

Publication number: CN201926769U
Application number: CN2010206948965U
Authority: CN
Inventors: 欧阳缮; 郑春强; 王国富; 张超凡; 张法全; 张海如
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2010-12-31
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2020-12-31

Abstract

本实用新型公开了一种探地仪发射机，包括电源、主控电路、数模转换电路、发射电路和监测电路，其中主控电路为单片机，监测电路包括采样电路，发射电路包括桥式电路、隔离电路和发射天线电路，隔离电路与主控电路连接，数模转换电路与主控电路连接，其特征在于：发射电路中增设开关电路，所述开关电路的控制端与控制电路的输出端连接，控制电路的输入端与数模转换电路连接，开关电路的输入端与桥式电路的输出端连接，开关电路的输出端与采样电路连接，桥式电路的每一臂上分别增设绝缘栅双极晶体管，与原有的绝缘栅双极晶体管并联。本实用新型具有关断时间短、发射电流大、测量深度深、监测功能齐全、且集成度高、重量轻的优点。

Description

探地仪发射机

技术领域

本实用新型涉及瞬变电磁探测技术，具体为一种探地仪发射机。

背景技术

瞬变电磁探测法是感应电磁探测法的一种。瞬变电磁探测的原理是：瞬变电磁波在向地下传播的过程中，受到各个地层中不同介质的衰减，不同介质对不同频率的瞬变电磁波衰减值是不同的。只要提取出回波信号中对应于不同地层物质的瞬变电磁信号的特征频谱，就可反演出地层中不同物质。

瞬变电磁探测在环境保护、水文地质和工程地质、能源和矿业勘探方面得到愈来愈广泛的应用。

瞬变电磁装置所发射的瞬变电磁波的幅度的稳定和波形的标准直接关系着探测结果的准确性，另外发射的强度也决定着探测的深度。现有的探地仪发射机其组成包括电源、主控电路、数模转换电路、发射电路、从控电路、监测电路和波同步信号电路等部分组成，主控电路通过总线的形式分别与上述的电路连接。

主控电路为单片机（MCU），主要用来控制发射电路产生一定频率的双极性矩形波，同时通过监测模块对该矩形波的占空比、波形电压电流大小以及波形的状态进行监测；另外主控电路还对从控电路进行数据交换实现人机交互。主控电路对发射电路的控制主要是根据探测的深度来选取不同的电流值，该电流值由操作人员通过按键输入，以及选取的发射天线的长度确定。

发射电路是发射机改善波形的核心，主要由与接收机同步以及主控电路发出的驱动信号来驱动由4只绝缘栅双极型晶体管组成全桥电路，使用该电路可实现双极性矩形波的输出。发射电流通过发射线圈产生电磁波向地下发射。

从控电路由复杂可编程逻辑器件（CPLD）作为控制芯片，操作人员可通过该电路对发射电流大小、以及对发射天线长度进行调节以达到最佳发射波形；电池的电压大小、发射电流大小以及天线的长度都能在显示电路中的显示屏实时显示。

监测电路主要对发射电流及波形进行监测，主要由波形状态监测电路和电流大小监测电路组成。由于探测的深度与发射电流的大小成正比关系，因此有必要对发射电流进行监测；监测发射电流有两个作用：一是实现过流保护；二是对于蓄电池供电的发射机来说，在使用的过程中，电池的电压将会逐渐降低，发射电流也将随之降低，随时精确地检测发射电流可保证反演结果的正确性。为了随时精确地检测发射电流，监测电路中接有电流监测电路，该电路通过采样电路对发射电流采样，并通过模数转换电路将采集到的电流信号进行转换，其电流转换值送入主控电路，处理器将采样值与电流程控值进行比较，调整发射电路发射的电流大小达到设定值，以保证发射电流的稳定。另外，当电流检测值超过设定过流值，主控电路将关断发射电路，以保护系统。显示电路中的显示器显示发射电流的相关参数。

现有技术中，主要是通过桥式电路和恒流源电路产生一定频率的双极性矩形波电流，发射出来的一定频率的双极性矩形波电流经发射天线向地下发送电磁波。由于发射天线中的发射线圈为电感性负载，开关管关断瞬间，电感中的电流呈指数规律下降，使得发射电流后沿亦呈指数衰减，影响早期信号检测；另外，对于使用蓄电池作为电源供电的发射机，在使用的过程中，蓄电池的电压将会逐渐降低，发射电流也将随之降低，这些都会对回波信号造成影响，妨碍处理阶段反演结果的正确性。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，而提供一种关断时间短、发射电流大、测量深度深、监测功能齐全、且集成度高、重量轻的探地仪发射机。

本实用新型的目的是通过下述的技术方案来实现的：

一种探地仪发射机，包括电源、主控电路、数模转换电路、发射电路、从控电路、监测电路和波同步信号电路，其中主控电路为单片机，监测电路包括采样电路，发射电路包括桥式电路、隔离电路和发射天线电路，隔离电路与主控电路连接，数模转换电路与主控电路连接，与现有技术不同的是：

发射电路中增设开关电路，所述开关电路的控制端与控制电路的输出端连接，控制电路的输入端与数模转换电路连接，开关电路的输入端与桥式电路的输出端连接，开关电路的输出端与采样电路连接，桥式电路的每一臂上分别增设绝缘栅双极晶体管，与原有的绝缘栅双极晶体管并联。

所述的开关电路主要由绝缘栅双极晶体管组成，绝缘栅双极晶体管的集电极与桥式电路的输出端连接，绝缘栅双极晶体管的发射极与采样电路连接，绝缘栅双极晶体管的门极与控制电路的输出端连接，绝缘栅双极晶体管的发射极与集电极串联有能量回馈缓冲电路，门极与发射极串联有开关保护电路。

所述的能量回馈缓冲电路包括电阻、电容和二极管，由电阻与二极管并联后与电容串联组成。

所述的开关保护电路包括两支快恢复二极管，由两支快恢复二极管的极性反向串联组成。

所述每一臂上分别增设的绝缘栅双极晶体管的数量为2支。

监测电路中增设占空比监测电路，所述占空比监测电路的检测输入端与采样电路连接，输出端与主控电路连接。

监测电路中增设波形电压监测电路，所述波形电压监测电路的检测输入端与采样电路连接，输出端与主控电路连接。

监测电路中增设电源电压监测电路，所述电源电压监测电路的检测输入端与电源连接，输出端与主控电路连接。

本实用新型的优点在于：

1、主控电路根据操作人员输入的电流值大小，产生程控电源电压从而可提供电流强度和频率不同的发射电流，根据测量深度的不同选用不同等级，适应浅、中、深不同深度的勘探；由于桥式电路的每一臂上分别增设了绝缘栅双极晶体管，因此发射电流最大可达200A，优于目前同类产品中最大电流50A；

2、由于采用了绝缘栅双极晶体管组成全桥电路作为电子开关，且接有快恢复二极管为无功功率提供释放回路，将负载电感储存的无功能量反馈回直流侧，因而改善了发射电流波形后沿；另外，系统还对发射电流的电压电流大小及占空比等参数实时地监测并反馈给主控电路处理，从而使得发射电流的脉冲波形趋向标准矩形波，大大提高了反演结果的准确度；

3、增设电源电压监测电路，能即时对电源的电压进行监测，以免电源电压的变化影响发射电流的稳定；

4、集成度高，重量轻，还可采用小型发射线圈，可采用背负式在井下探测。

附图说明

图1为实施例发射电路连接框图；

图2为实施例桥式电路与开关电路的电气原理图；

图3为实施例监测电路连接框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型内容进行详细说明，但不是对本实用新型的限定。

实施例：

参照图1图2，一种探地仪发射机，包括电源15、主控电路1、数模转换电路2、发射电路10和监测电路，其中主控电路1为单片机，监测电路包括采样电路7，发射电路10包括桥式电路5、隔离电路4和发射天线6电路，隔离电路4与主控电路1连接，数模转换电路2与主控电路1连接，

发射电路10中增设开关电路8，开关电路8的控制端与控制电路3的输出端连接，控制电路3的输入端与数模转换电路2连接，开关电路8的输入端与桥式电路5的输出端连接，开关电路8的输出端与采样电路7连接，如图2电路图所示，桥式电路5的每一臂上分别增设绝缘栅双极晶体管，与原有的绝缘栅双极晶体管Q1、Q2、Q3、Q4并联，每一臂上增设的绝缘栅双极晶体管的数量为2支，增设的绝缘栅双极晶体管Q5、Q6与原有的绝缘栅双极晶体管Q1并联，增设的绝缘栅双极晶体管Q9、Q10与原有的绝缘栅双极晶体管Q2并联，增设的绝缘栅双极晶体管Q7、Q8与原有的绝缘栅双极晶体管Q3并联，增设的绝缘栅双极晶体管Q11、Q12与原有的绝缘栅双极晶体管Q4并联。发射天线6与桥式电路5的输出端电阻R3的两端连接，二极管D1与电源15连接，电阻R1、R2、R4、R5为桥式电路5的输入端，与隔离电路4连接。

参照图1图2，开关电路8主要由绝缘栅双极晶体管Q13组成，绝缘栅双极晶体管Q13的集电极与桥式电路5的输出端连接，绝缘栅双极晶体管Q13的发射极与采样电路R11连接，绝缘栅双极晶体管Q13的门极与控制电路3的输出端电阻R8连接，绝缘栅双极晶体管Q13的发射极与集电极串联有能量回馈缓冲电路，门极与发射极串联有开关保护电路9。控制电路3包括运算放大器U1、电阻R7、R8、R9、R10和电容C2，控制电路3的输入端电阻R7通过数模转换电路2与主控电路1连接。

能量回馈缓冲电路包括电阻R6、电容C1和二极管D2，由电阻R6与二极管D2并联后与电容C1串联组成。

开关保护电路9包括两支快恢复二极管D3、D4，由两支快恢复二极管D3、D4的极性反向串联组成。

主控电路1对发射电路10的控制主要是根据探测的深度来选取不同的电流值，该电流值由操作人员通过按键输入，以及选取的发射天线6的长度，经过数据处理产生程控信号，该信号经数模转换电路2后生成一参考电压信号，通过该信号来调节绝缘栅双极型晶体管Q13开关管的开度大小，从而调节发射电流大小。

参照图3，监测电路中原有的波形状态监测电路11连接发射电路10和主控电路1，电流监测电路12连接采样电路7和主控电路1，采样电路7与发射电路10连接。

监测电路中增设占空比监测电路14，占空比监测电路14的检测输入端与采样电路7连接，输出端与主控电路1连接。

监测电路中增设波形电压监测电路13，波形电压监测电路13的检测输入端与采样电路7连接，输出端与主控电路1连接。

波形电压监测电路13以及占空比监测电路14主要是为了保证发射的脉冲波形的电压值维持在发射电路10所允许的范围之内，保证波形发射的周期性与接收机进行信号采集时的同步。

监测电路中增设电源电压监测电路16，电源电压监测电路16的检测输入端与电源15连接，输出端与主控电路1连接。电源电压监测电路主要采用了将电源电压的模拟值转化为处理器可处理的数字值，从而实现对电压的监测。

为保证系统的稳定性，首先要保证电源15供给的稳定，故应对电源15电池的电压进行实时地监测，电源电压监测电路16采集电池的当前电压经模数转换电路后分两路：一路送入接收机，在接受端能够清楚发射设备的电源大小，在接收机上显示电源大小，另一路送入主控电路处理后在显示电路的显示屏实时显示电池的电量状态以便操作人员识别。

Claims

1.一种探地仪发射机，包括电源、主控电路、数模转换电路、发射电路和监测电路，其中主控电路为单片机，监测电路包括采样电路，发射电路包括桥式电路、隔离电路和发射天线电路，隔离电路与主控电路连接，数模转换电路与主控电路连接，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的探地仪发射机，其特征在于：所述的开关电路主要由绝缘栅双极晶体管组成，绝缘栅双极晶体管的集电极与桥式电路的输出端连接，绝缘栅双极晶体管的发射极与采样电路连接，绝缘栅双极晶体管的门极与控制电路的输出端连接，绝缘栅双极晶体管的发射极与集电极串联有能量回馈缓冲电路，门极与发射极串联有开关保护电路。

3.根据权利要求1所述的探地仪发射机，其特征在于：所述每一臂上分别增设的绝缘栅双极晶体管的数量为2支。

4.根据权利要求1所述的探地仪发射机，其特征在于：监测电路中增设占空比监测电路，所述占空比监测电路的检测输入端与采样电路连接，输出端与主控电路连接。

5.根据权利要求1所述的探地仪发射机，其特征在于：监测电路中增设波形电压监测电路，所述波形电压监测电路的检测输入端与采样电路连接，输出端与主控电路连接。

6.根据权利要求1所述的探地仪发射机，其特征在于：监测电路中增设电源电压监测电路，所述电源电压监测电路的检测输入端与电源连接，输出经模数转换电路与主控电路连接。