CN206757064U - 一种基于动态补偿的核磁共振找水仪发射机 - Google Patents

Abstract

一种基于动态补偿的核磁共振找水仪发射机，包括控制模块、发射机充电模块、发射机脉冲发射模块。所述控制模块包括单片机模块、PC机，单片机模块连接PC机。所述发射机充电模块包括锂电池组、第一继电器、升压电路、恒流源、供电大电容、检测电路。所述发射机脉冲发射模块包括第二继电器、开关器件控制模块、拉莫尔频率发生器、H桥逆变器模块、谐配电容、发射线圈。本实用新型提供一种基于动态补偿的核磁共振找水仪发射机，可以在电容放电过程中同时进行电容电压补偿，让电容电压下降到一定程度前，能够通过补偿电容电压让发射机发射更长的时间，可以提升发射脉冲的脉冲矩最大为60000A/ms，缩短对水层进行同等程度极化的激发次数，大大提升发射机的工作效率。

Description

一种基于动态补偿的核磁共振找水仪发射机

技术领域

本实用新型涉及探测领域，具体来说是涉及一种基于动态补偿的核磁共振找水仪发射机。

背景技术

淡水是日渐紧缺的资源，在干旱地区地表水无法满足人们的需求。因此，对地下水资源的勘探和开采也逐步引起人们的重视。核磁共振找水方法是世界上唯一通过地球物理原理地表直接找水的方法，通过在地表发射拉莫尔频率的电磁脉冲，极化地下水使其产生核磁共振现象，将接收到的水中氢原子的弛豫信号进行反演，就可以获取探测地区地下的水文信息。勘探地下水资源时，需要靠地表发射电流脉冲信号对水层进行极化，极化水中氢核的过程由核磁共振找水仪的发射机来激发地下水层。原理是在发射天线上加载巨大的交变电流，由交变电流激发巨大的电磁脉冲，最后电磁脉冲穿过地层对地下水层进行极化。

对勘探水层的极化程度，主要由发射机发射脉冲的脉冲矩决定，电磁脉冲矩是由发射电流与发射时间的乘积来决定的。单次脉冲矩的极化程度有限，因此需要多次激发以提高极化的程度，地表核磁共振接收机接收的信号就越强。因为采用大电容直接给发射机供电，所以在电容供电的过程中，电容上的电压会随时间成指数形式快速衰减，在现有的设计中为了使发射的脉冲矩比较稳定，一般单次发射时间约为几十毫秒，在电容电压衰减不明显的时间内完成发射。所以导致的电磁脉冲发射的时间十分短暂，使发射的电流脉冲的脉冲矩受到限制，对水层进行一定程度的极化时往往需要进行多次激发，比如法国的NUMIS找水仪的脉冲矩最大为9000A/ms，在一般性测量过程中需要进行60余次激发。在电磁脉冲矩的发射时间上限制了发射机的工作效率。

发明内容

本实用新型提供一种基于动态补偿的核磁共振找水仪发射机，可以在电容放电过程中同时进行电容电压补偿，让电容电压下降到一定程度前，能够通过补偿电容电压让发射机发射更长的时间，可以提升发射脉冲的脉冲矩最大为60000A/ms，缩短对水层进行同等程度极化的激发次数，大大提升发射机的工作效率。

本实用新型采取的技术方案为：

一种基于动态补偿的核磁共振找水仪发射机，包括控制模块、发射机充电模块、发射机脉冲发射模块。

所述控制模块包括单片机模块、PC机，单片机模块连接PC机；所述发射机充电模块包括锂电池组、第一继电器、升压电路、恒流源、供电大电容、检测电路；所述锂电池组连接第一继电器，第一继电器连接升压电路，升压电路连接恒流源，恒流源连接供电大电容。所述升压电路、恒流源、供电大电容均连接检测电路；所述第一继电器、升压电路、恒流源、检测电路均连接单片机模块。

所述发射机脉冲发射模块包括第二继电器、开关器件控制模块、拉莫尔频率发生器、H桥逆变器模块、谐配电容、发射线圈；所述第二继电器连接H桥逆变器模块，H桥逆变器模块连接谐配电容，谐配电容连接发射线圈；所述第二继电器连接单片机模块，所述单片机模块连接拉莫尔频率发生器，拉莫尔频率发生器连接开关器件控制模块，开关器件控制模块连接H桥逆变器模块。

本实用新型一种基于动态补偿的核磁共振找水仪发射机，技术效果如下：

1、改进充电电路，可以在充电电容对发射电路供电时，同步实现电压补偿，延时电容电压衰减。

2、升压电路可以实现24-300伏特的电压升压输出，功率输出达200W。

3、恒流源输出1A的恒流源，对充电电容恒流充电。

4、充电电容电压可实现200毫秒的电压稳定输出。输出电磁脉冲矩可达60000 A/ms。

5、发射机可以提升对地下水层的极化效率。

6、电池组采用功率密度更大且更为适用野外的锂电池组供电设计。

7、加入继电器组，提升发射机的工作的可靠性。

8、加入检测电路，通过反馈控制和算法实现电路的精确控制。

9、传统的核磁共振发射机设计在供电电容放电的过程中电压快速衰减的问题。使得发射机稳定发射电磁波的时间受到限制，单次发射的电磁波对地下水层的极化程度有限。本实用新型一种基于动态补偿的核磁共振找水仪发射机，可以在充电电容在放电过程中同步补偿电容上的电压，使得电容能够更长时间对发射机供电，通过延长发射时间来提高发射机的发射电磁脉冲矩，单次发射的电磁波对地下水层的极化程度的得到提高，最终在探测过程中发射机的工作效率。

附图说明

图1是本实用新型的模块连接示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于动态补偿的核磁共振找水仪发射机，包括控制模块A001、发射机充电模块A002、发射机脉冲发射模块A003。

所述控制模块A001包括单片机模块a011、PC机a012，单片机模块a011连接PC机a012。所述单片机模块a011实现对发射机系统协调控制，实现对各个模块的控制，通过算法和控制策略使各个模块有序工作。并且数据的采集并上传给PC机a012进行进一步演算。所述PC机a012实现对发射机的数据设置，并对接受数据进行接受和反演。

所述发射机充电模块A002包括锂电池组a001、第一继电器a002、升压电路a003、恒流源a004、供电大电容a005、检测电路a010。所述锂电池组a001连接第一继电器a002，第一继电器a002连接升压电路a003，升压电路a003连接恒流源a004，恒流源a004连接供电大电容a005。所述升压电路a003、恒流源a004、供电大电容a005均连接检测电路a010。所述第一继电器a002、升压电路a003、恒流源a004、检测电路a010均连接单片机模块a011。

所述供电大电容a005采用进口日立铝电解电容，耐压450V，容值33000UF器并联组成，并联4个电容器组成所设计的0.132F电容器。

所述恒流源a004是基于IRFPC60场效应管设计的，可输出1安培的恒定流给供电电容；在1安培输出电流情况下，电压输出范围为0~400伏特。

所述锂电池组a001为整个找水仪提供电能，采用锂电池组a001具有较高的功率密度，且适用于野外作业的优点。所述第一继电器a002实现对锂电池组a001与发射机充电电路的通断，并且起保护电路的作用。所述升压电路a003通过DC-DC升压电路，实现将锂电池组a001的低压提升至300伏特，为充电电容提供高电压。所述恒流源a004实现对充电电容的恒流充电，可以在充电过程中使电容电压线性上升。所述供电大电容a005积累电荷，将电压提升至300伏特，并最终对发射机脉冲发射模块A003直接供电。所述检测电路a010对电容上的电压以及恒流源a004电流进行检测，并将相关数据采集送给单片机模块a011对电路进行反馈控制。

所述发射机脉冲发射模块A003包括第二继电器a006、开关器件控制模块a014、拉莫尔频率发生器a013、H桥逆变器模块a007、谐配电容a008、发射线圈a009。所述第二继电器a006连接H桥逆变器模块a007，H桥逆变器模块a007连接谐配电容a008，谐配电容a008连接发射线圈a009。所述第二继电器a006连接单片机模块a011，所述单片机模块a011连接拉莫尔频率发生器a013，拉莫尔频率发生器a013连接开关器件控制模块a014，开关器件控制模块a014连接H桥逆变器模块a007。

本实用新型所涉及开关器件控制模块a014采用富士公司生产的混合型IC驱动器件EXB841，利用该器件对由IGBT构成的H桥电路进行驱动。驱动信号延时低于1uS,频率输出范围在40~50KHz。同时有正负偏压、过流检测和软关断保护等主要功能。

H桥逆变器模块a007的H桥主要器件为IGBT器件，选用 SKM600GB126D 型 IGBT 模块，耐压值为 1200V，最大电流为600A ，使用两组 IGBT 时，构成 H 桥路。

所述谐配电容a008 ，通过多个不同容值的高压薄膜电容器CBB81-2KV223J系列电容组成，配谐电容的范围为0.1u F~20u F，配谐精度为 0.1u F。

所述第二继电器a006实现充电电容对发射电路的开关，以控制发射电路的启停。所述拉莫尔频率发生器a013由控制模块设置当地的拉莫尔频率，并通过数字信号合成技术产生拉莫尔频率信号。所述开关器件控制模块a014，根据拉莫尔频率的控制信号控制H桥逆变器模块a007，在发射线圈a009中产生拉莫尔频率大电流脉冲信号。所述谐配电容a008通过配置与发射电路先对应的电容，在拉莫尔频率下电路发生串联谐振，产生最大的激发电流。所述发射线圈a009中产生巨大的电流激发电磁场，对地下水层极化。

一种发射机电容电压动态补偿方法，恒流源a004实现将对供电大电容a005的充电，检测电路a010实时供电大电容a005电压检测，当电压达到300伏特时，转接升压电路a003恒压输出到供电大电容a005；再控制升压电路a003稳定在300伏特输出，将电容电压稳定在300伏特。在发射机工作发射电磁脉冲时，同步对供电大电容a005上的电压动态补偿，通过检测电路a010实时检测供电大电容a005上的电压电流，对充电电路的采集参数计算实时的充电功率，控制输出在300伏特，因充电电路充电功率存在极限，所涉及的单片机内部程序计算实时充电电路的充电功率，当充电功率达到预设阀值时，则控制第二继电器a006暂停发射机工作；当电容电压损耗补偿完，充电电路的采集参数计算实时的充电功率等于0时，控制第二继电器a006导通，发射机再次工作。

一种基于动态补偿的核磁共振找水仪发射机控制方法：

步骤一：由控制模块A001的PC机a012设置当地的拉莫尔频率，并传递给单片机模块a011对拉莫尔频率发生器a013进行控制，发生相应的频率；

步骤二：由控制模块A001的PC机a012向单片机模块a011发送充电命令，单片机模块a011控制发射机充电模块A002开始工作；

步骤三：发射机充电模块A002的第一继电器a002导通，锂电池组a001对系统供电，充电电路对充电电容恒流充电；

步骤四：当充电完成后，单片机模块a011控制拉莫尔频率发生器a013，产生了拉莫尔频率的控制信号，单片机模块a011控制第二继电器a006，在发射机发射拉莫尔频率天线激发电磁脉冲信号，极化地下水层；

步骤五： 在进行步骤四的同时，即电容在对发射机脉冲发射模块A003供电时，同时对电容恒压充电，当补偿电流低于恒流源a004输出电流时，对电容同步补偿充电；

步骤六：在同步补偿电容电压，电容输出电压出现延时衰减时，单片机模块a011控制第二继电器a006关断，暂停输出，对将电容充电将电压提升至300伏特；

步骤七：第二继电器a006导通，控制发射电路再次激发电磁脉冲，极化地下水层。

各个功能单元的工作步骤如下：

（1）所述控制模块A001，通过PC机a012设置当地的拉莫尔频率。

（2）所述单片机模块a011，根据PC机a012设置的参数，控制频率发生器产生相应频率。

（3）再由PC机a012向发射机充电模块A002设置“充电”命令。

（4）发射机充电模块A002控制第一继电器a002导通，锂电池组a001组向发射机模块供电。

（5）升压电路a003将实现将电压24-300的升压，实现300伏特的电压输出。

（6）恒流源a004电路，实现1安培的恒流源电流输出，对充电电容恒流充电。

（7）检测电路a010检测恒流源a004输出电流和电容电压，实现对恒流源a004的输出反馈控制。

（8）当电容电压达到300伏特时，反馈至PC机a012。

（9）PC机a012收到单片机模块a011反馈的信息，向发射机设置发射次数后，再通过PC机a012设置“发射”命令。

（10）发射机接受到“发射”命令，控制第二继电器a006导通，并控制H桥实现拉莫尔频率的输出。

（11）在第二继电器a006同步导通同时，同时对充电电容电压同步动态补偿。

（12）发射天线实现激发电磁脉冲，电磁脉冲对地下水层氢原子极化。

（13）当检测电路a010检测到电容电压出现衰减，充电电流达到1安培时，控制模块A001暂停发射机脉冲发射电路工作。

（14）发射机脉冲电路暂停工作时，充电电路对电容充电。

（15）充电电容电压充满时，再次控制发射电路激发电磁脉冲。

（16）电路循环充放电过程，发射电路间歇性工作，当达到预设的工作次数后停止，再由核磁共振找水仪接受机配合工作，并接受信号。

Claims (1)

1.一种基于动态补偿的核磁共振找水仪发射机，包括控制模块（A001）、发射机充电模块（A002）、发射机脉冲发射模块（A003）；其特征在于：所述控制模块（A001）包括单片机模块（a011）、PC机（a012），单片机模块（a011）连接PC机（a012）；所述发射机充电模块（A002）包括锂电池组（a001）、第一继电器（a002）、升压电路（a003）、恒流源（a004）、供电大电容（a005）、检测电路（a010）；

所述锂电池组（a001）连接第一继电器（a002），第一继电器（a002）连接升压电路（a003），升压电路（a003）连接恒流源（a004），恒流源（a004）连接供电大电容（a005）；

所述升压电路（a003）、恒流源（a004）、供电大电容（a005）均连接检测电路（a010）；

所述第一继电器（a002）、升压电路（a003）、恒流源（a004）、检测电路（a010）均连接单片机模块（a011）；

所述发射机脉冲发射模块（A003）包括第二继电器（a006）、开关器件控制模块（a014）、拉莫尔频率发生器（a013）、H桥逆变器模块（a007）、谐配电容（a008）、发射线圈（a009）；

所述第二继电器（a006）连接H桥逆变器模块（a007），H桥逆变器模块（a007）连接谐配电容（a008），谐配电容（a008）连接发射线圈（a009）；

所述第二继电器（a006）连接单片机模块（a011），所述单片机模块（a011）连接拉莫尔频率发生器（a013），拉莫尔频率发生器（a013）连接开关器件控制模块（a014），开关器件控制模块（a014）连接H桥逆变器模块（a007）。