CN217133260U

CN217133260U - 一种用于航空电磁发射机的千安级发射电流峰值检测电路

Info

Publication number: CN217133260U
Application number: CN202220411602.6U
Authority: CN
Inventors: 王浩; 吴珊
Original assignee: Institute of Geophysical and Geochemical Exploration of CAGS
Current assignee: Institute of Geophysical and Geochemical Exploration of CAGS
Priority date: 2022-02-28
Filing date: 2022-02-28
Publication date: 2022-08-05
Anticipated expiration: 2032-02-28

Abstract

本实用新型提供了一种用于航空电磁发射机的千安级发射电流峰值检测电路，包括：电流传感器、绝对值电路、峰值采样保持电路、峰值采样同步脉冲发生电路及数显直流电压表，所述电流传感器的输入端连接动态电流，所述电流传感器的输出端连接绝对值电路，所述绝对值电路及峰值采样同步脉冲发生电路连接所述峰值采样保持电路，所述峰值采样保持电路连接所述数显直流电压表。本实用新型提供的用于航空电磁发射机的千安级发射电流峰值检测电路，成本低，配置方便，能够采集发射电流、电压的等参数的数据，提高了发射机的可靠性和稳定性。

Description

一种用于航空电磁发射机的千安级发射电流峰值检测电路

技术领域

本实用新型涉及航空电磁发射机技术领域，特别是涉及一种用于航空电磁发射机的千安级发射电流峰值检测电路。

背景技术

航空电磁法是利用飞机设备搭载电磁探测仪器从事地球物理勘探的技术方法。航空电磁法采用发射机连接发射线圈向地面发射电磁信号，通过接收线圈接收经空气传播的一次场信号和由地下导体介质激发生成的二次场信号。发射技术研究的核心目标是大探测深度，而研发千安级脉冲发射技术是实现该目标的关键。因此，设计一种用于航空电磁发射机的千安级发射电流峰值检测电路，使其能够实现系统参数监测功能，实现发射电流、电压等参数的数据采集和过流、过压保护功能，进而提高系统的稳定性和可靠性，能够有效监控发射系统的工作状态是十分有必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于航空电磁发射机的千安级发射电流峰值检测电路，成本低，配置方便，能够采集发射电流、电压的等参数的数据，提高了发射机的可靠性和稳定性。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种用于航空电磁发射机的千安级发射电流峰值检测电路，包括：电流传感器、绝对值电路、峰值采样保持电路、峰值采样同步脉冲发生电路及数显直流电压表，所述电流传感器的输入端连接动态电流，所述电流传感器的输出端连接绝对值电路，所述绝对值电路及峰值采样同步脉冲发生电路连接所述峰值采样保持电路，所述峰值采样保持电路连接所述数显直流电压表；

所述电流传感器用于将动态电流的交流电流信号转换为相应比例的交流电压信号；

所述绝对值电路用于对交流电压信号进行绝对值处理，得到直流电压信号，进行正向检波；

所述峰值采样同步脉冲发生电路用于产生峰值采样同步脉冲；

所述峰值采样保持电路用于在峰值采样同步脉冲作用下对正向电压信号进行电压峰值采样。

可选的，所述电流传感器为最大量程1000A的闭环霍尔电流传感器PROSys CP-1005。

可选的，所述绝对值电路为正输出绝对值电路，由放大器、整流二极管及电阻构成，所述绝对值电路的输入端连接所述电流传感器的输出端，所述绝对值电路的输出端连接峰值采样保持电路的输入端。

可选的，所述峰值采样同步脉冲发生电路为基于FPGA的发射波形控制器，所述发射波形控制器通过光耦HFBR2522连接所述峰值采样保持电路。

可选的，所述峰值采样保持电路包括采样保持集成芯片PKD01，所述采样保持集成芯片PKD01的1引脚通过电阻R2连接光耦HFBR2522，所述采样保持集成芯片PKD01的2引脚连接+15V电源，7引脚连接-15V电源，所述采样保持集成芯片PKD01的3引脚连接电阻R7，所述电阻R7连接电阻R9，所述电阻R9接地，所述采样保持集成芯片PKD01的4引脚通过电容CH接地，5引脚连接电阻R9，6引脚连接所述绝对值电路的输出端，8引脚通过电阻R8接地，9引脚分别连接电阻R4及电阻R6，电阻R6接地，电阻R4连接3引脚，所述采样保持集成芯片PKD01的13引脚接地，14引脚连接1引脚，3引脚连接数显直流电压表。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：本实用新型提供的用于航空电磁发射机的千安级发射电流峰值检测电路，设置有电流传感器、绝对值电路、峰值采样保持电路、峰值采样同步脉冲发生电路及数显直流电压表，电流传感器首先将交流电流信号转换成相应比例的交流电压信号，然后，绝对值电路将此交流电压信号绝对值处理后，得到直流电压信号，然后进行正向检波，峰值采样保持电路在峰值采样同步脉冲的作用下，对正向电压信号进行电压峰值的采样，并将其通过数显直流电压表显示出来；电流传感器选用最大量程为1000A的闭环霍尔电流传感器PROSys CP-1005，该电流传感器可以在DC至100kHz的频率范围内以5mA至1000A的1mA分辨率精确测量电流；绝对值电路为正输出绝对值电路，由放大器、整流二极管和电阻等器件组成，能够使双极性波形变为单极性波形；峰值采样同步脉冲发生电路为基于FPGA的发射波形控制器；峰值采样保持电路选用采样保持集成芯片PKD01作为峰值电流检测保持电路的核心器件，具有功能强、体积小、运行平稳可靠等特点，能够对模拟信号进行采样及存储。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例用于航空电磁发射机的千安级发射电流峰值检测电路原理框图；

图2为本实用新型实施例用于航空电磁发射机的千安级发射电流峰值检测电路图；

图3a为发射电流波形图；

图3b为系统同步脉冲波形图；

图3c为峰值同步触发脉冲波形图；

图4a为TP2检测点输出波形图；

图4b为TP3检测点输出波形图；

图4c为TP4检测点输出波形图；

图4d为TP5检测点输出波形图。

附图标记：1、电流传感器；2、绝对值电路；3、峰值采样保持电路；4、峰值采样同步脉冲发生电路；5、数显直流电压表。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型实施例提供的用于航空电磁发射机的千安级发射电流峰值检测电路，包括：电流传感器1、绝对值电路2、峰值采样保持电路3、峰值采样同步脉冲发生电路4及数显直流电压表5，所述电流传感器1的输入端连接动态电流，所述电流传感器1的输出端连接绝对值电路2，所述绝对值电路2及峰值采样同步脉冲发生电路4连接所述峰值采样保持电路3，所述峰值采样保持电路3连接所述数显直流电压表5；

所述电流传感器1用于将动态电流的交流电流信号转换为相应比例的交流电压信号；

所述绝对值电路2用于对交流电压信号进行绝对值处理，得到直流电压信号，进行正向检波；

所述峰值采样同步脉冲发生电路4用于产生峰值采样同步脉冲；

所述峰值采样保持电路3用于在峰值采样同步脉冲作用下对正向电压信号进行电压峰值采样。

其中，电流传感器1首先将交流电流信号转换成相应比例的交流电压信号，然后，绝对值电路2对交流电压信号进行绝对值处理，得到直流电压信号，然后进行正向检波，得到正向电压信号，将正向电压信号送入峰值采样保持电路3，在峰值采样同步脉冲发生电路4提供的峰值采样同步脉冲的作用下，进行电压峰值的采样，完成后，峰值采样保持电路3将得到的峰值电压信号用缓冲器接收后，通过数显直流电压表5显示出来。

所述数显直流电压表5为WR5145数显直流电压表。

以Y12F时间域航空电磁系统为例，采用半正弦波脉冲发射技术来实现千安级峰值电流的发射，最大峰值电流能达到1000A，因此，选用最大量程为1000A的闭环霍尔电流传感器PROSys CP-1005进行电流向电压信号的转换，该电流传感器可以在DC至100kHz的频率范围内以5mA至1000A的1mA分辨率精确测量电流。

由于发射电流为双极性信号，为保证同时检测到信号的正、负峰值，利用绝对值电路使双极性波形变为单极性波形。所述绝对值电路2为正输出绝对值电路，由放大器、整流二极管及电阻构成，所述绝对值电路2的输入端连接所述电流传感器1的输出端，所述绝对值电路2的输出端连接峰值采样保持电路3的输入端；

如图2所示，本实用新型的一种绝对值电路实施例为：绝对值电路包括放大器A2A、放大器A1B，其中，放大器A2A及放大器A1B均为OP282放大器，放大器A2A的3引脚接地，放大器A2A的4引脚和8引脚分别接+15V电源及-15V电源，放大器A2A的2引脚通过电阻R12连接电位器R14，电位器R14连接电流传感器，放大器A2A的1引脚和2引脚间并联有整流二极管D2，其中整流二极管D2的正极连接放大器A2A的1引脚，放大器A2A的1引脚连接整流二极管D1的负极，整流二极管D1的正极通过电阻R15连接放大器A2A的2引脚，整流二极管D1的正极通过电阻R13连接放大器A1B的6引脚，放大器A1B的6引脚通过电阻R10连接电位器R14，通过电阻R11连接放大器A1B的7引脚，放大器A1B的5引脚接地，放大器A1B的7引脚连接峰值采样保持电路；

如果阻值之间的关系满足R₁₀＝R₁₁＝R₁₂＝R₁₅＝2R₁₃时，则输入电压、输出电压关系为：V_o＝-V_i(V_i＜0)，V_o＝V_i(V_i＞0)。

发射系统是基于FPGA的发射波形控制器，其具备全部开关器件的同步控制功能，用于产生多通道控制脉冲驱动信号，发射波形产生过程简单描述为：当检测到系统同步脉冲信号的上升沿，发射桥路正向导通，产生正向波形；当再次检测到同步脉冲信号的上升沿，发射桥路反向导通，产生反向波形。峰值同步触发脉冲也由发射波形控制器产生，采用Verilog语言编写、状态机及计数器的方法实现。每次检测到系统同步信号脉冲的上升沿时，计数器开始计数，同时延迟输出高电平状态，持续等待计数器计满随即转换为低电平状态，再次等待同步脉冲信号的上升沿的到来。该方波高电平和低电平保持时间分别与放电复位和电流信号正峰值的采样时间相对应。采用光耦HFBR1522、HFBR2522对输入、输出峰值采样同步脉冲信号进行隔离；

所述峰值采样同步脉冲发生电路为基于FPGA的发射波形控制器，所述发射波形控制器通过光耦HFBR2522连接所述峰值采样保持电路，其中，发射电流、系统同步脉冲及峰值同步触发脉冲的波形图分别如图3a、3b、3c表示。

所述峰值采样保持电路选用采样保持集成芯片PKD01作为峰值电流检测保持电路的核心器件，它可以对模拟信号进行采样、存储，此芯片具有功能强、体积小、运行平稳可靠等特点，如图2所示，所述采样保持集成芯片PKD01的1引脚通过电阻R2连接光耦HFBR2522，所述采样保持集成芯片PKD01的2引脚连接+15V电源，7引脚连接-15V电源，所述采样保持集成芯片PKD01的3引脚连接电阻R7，所述电阻R7连接电阻R9，所述电阻R9接地，所述采样保持集成芯片PKD01的4引脚通过电容CH接地，5引脚连接电阻R9，6引脚连接放大器A1B的7引脚，8引脚通过电阻R8接地，9引脚分别连接电阻R4及电阻R6，电阻R6接地，电阻R4连接3引脚，13引脚接地，14引脚连接1引脚，3引脚连接数显直流电压表；

采样保持集成芯片PKD01的1引脚通过电阻R2连接电阻R3及电阻R5，电阻R5接地，电阻R3连接光耦HFBR2522的VO端，光耦HFBR2522的VO端通过电阻R1连接5V电源，光耦HFBR2522的GND端接地，光耦HFBR2522的VCC端接5V电源；

采样保持集成芯片PKD01的3引脚连接放大器A1A的3引脚，放大器A1A的2引脚连接放大器A1A的1引脚，放大器A1A的1引脚连接数显直流电压表的1引脚，放大器A1A的8引脚连接+15V电源，放大器A1A的4引脚连接-15V电源，数显直流电压表的2引脚接地。

放大器A1A为OP282放大器。

电阻R1为1.5KΩ，电阻R2为10KΩ，电阻R3为0R，电阻R4为40.2KΩ，电阻R5为3KΩ，电阻R6为10KΩ，电阻R7为10KΩ，电阻R8为8.2KΩ，电阻R9为10KΩ，电阻R10为10KΩ，电阻R11为10KΩ，电阻R12为10KΩ，电阻R13为5KΩ，电位器R14为100R，电容CH为1000pF；

其中，采样保持集成芯片PKD01的1、14引脚分别是复位、采样的逻辑控制脚，当两引脚连接在一起，输入高电平时，PKD01进行复位，采样保持电容CH放电，的1、14引脚分别是复位、采样的逻辑控制脚，当两引脚连接在一起，输入高电平时，PKD01进行复位，采样保持电容CH放电，电容CH的质量对模拟电压的采样保持影响较大，因此对此电容的要求较高。要求它有极高的绝缘电阻和低介质吸收能力。为此可选用有机薄膜介质电容，如聚苯乙烯电容，因此本实用新型取CH容值1000PF。

当动态电流信号峰值到来，此峰值信号会被一直保持，如果不将电容CH中的充电电荷释放，当下一次输入的电流信号峰值比前一次的峰值低时，新的输入峰值信号不会得到及时响应。因此，在复位脉冲的控制下，对每个峰值信号保持周期内的电容进行一次放电复位，以便为下一次采样峰值数据做好准备。但由此出现采样保持电容瞬时放电使输出信号短暂“趋零”波动的问题，导致采样数据发生偏差。这时需要保证在每个信号周期内，放电脉冲极短且有效。并且，对输出信号进行适当比例的放大，该模块电路中设计的放大倍数为2倍。为了便于调节数显模块的显示电压，可以在输入端加入电位器进行分压。这样数显电压表呈现的数值可以较为实时、准确地还原电流峰值，同时方便校准。这样，就保证了峰值电流检测电路其准确、平稳、跟随的性能。

使用PROSys CP-1005闭环霍尔电流传感器和WR5145数显直流电压表对模块电路进行分部测试和校准。另外，本实用新型设置有TP1、TP2、TP3、TP4、TP5观测点，通过FLUKE199C示波器对观测点的波形进行观测，其中TP1检测输入信号的波形，TP2观测点设置在电流传感器，检测电流传感器的输出波形，TP3设置在电位器R14上，检测电位器R14分压后的输出波形，TP4设置在放大器A1B的输出端7引脚上，检测绝对值电路的输出波形，TP5设置在放大器A1A的3引脚上，检测采样保持放点输出波形。电流传感器接入采样保持电路的动态电流输入端，发射波形控制器输出的峰值同步触发脉冲经光纤连接线接入采样保持电路的HFBR2522光耦端，输出信号接入数显模块。对模块电路中的TP1-TP5各检测点信号进行测试，其中，TP2-TP5的波形如图4a、4b、4c及4d所示。

调节电位器R14的阻值，使数显直流电压表显示数值与TP1波形的峰值一致。实验中发射基频12.5Hz，依此分别选取不同充电频率和充电脉宽时所对应的峰值电流作为参考，对数显模块显示数值、TP1波形峰值分别记录，每次结果取平均值，得到的测试数据如表1所示。

表1实验测量数据

结果表明：数显直流电压表能依照不同发射基频、充电频率和充电脉宽时所对应的峰值电流值实时进行显示，自动跟踪良好

本实用新型提供的用于航空电磁发射机的千安级发射电流峰值检测电路，设置有电流传感器、绝对值电路、峰值采样保持电路、峰值采样同步脉冲发生电路及数显直流电压表，电流传感器首先将交流电流信号转换成相应比例的交流电压信号，然后，绝对值电路将此交流电压信号绝对值处理后，得到直流电压信号，然后进行正向检波，峰值采样保持电路在峰值采样同步脉冲的作用下，对正向电压信号进行电压峰值的采样，并将其通过数显直流电压表显示出来；电流传感器选用最大量程为1000A的闭环霍尔电流传感器PROSys CP-1005，该电流传感器可以在DC至100kHz的频率范围内以5mA至1000A的1mA分辨率精确测量电流；绝对值电路为正输出绝对值电路，由放大器、整流二极管和电阻等器件组成，能够使双极性波形变为单极性波形；峰值采样同步脉冲发生电路为基于FPGA的发射波形控制器；峰值采样保持电路选用采样保持集成芯片PKD01作为峰值电流检测保持电路的核心器件，具有功能强、体积小、运行平稳可靠等特点，能够对模拟信号进行采样及存储。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims

1.一种用于航空电磁发射机的千安级发射电流峰值检测电路，其特征在于，包括：电流传感器、绝对值电路、峰值采样保持电路、峰值采样同步脉冲发生电路及数显直流电压表，所述电流传感器的输入端连接动态电流，所述电流传感器的输出端连接绝对值电路，所述绝对值电路及峰值采样同步脉冲发生电路连接所述峰值采样保持电路，所述峰值采样保持电路连接所述数显直流电压表；

2.根据权利要求1所述的用于航空电磁发射机的千安级发射电流峰值检测电路，其特征在于，所述电流传感器为最大量程1000A的闭环霍尔电流传感器PROSys CP-1005。

3.根据权利要求2所述的用于航空电磁发射机的千安级发射电流峰值检测电路，其特征在于，所述绝对值电路为正输出绝对值电路，所述绝对值电路的输入端连接所述电流传感器的输出端，所述绝对值电路的输出端连接峰值采样保持电路的输入端。

4.根据权利要求3所述的用于航空电磁发射机的千安级发射电流峰值检测电路，其特征在于，所述峰值采样同步脉冲发生电路为基于FPGA的发射波形控制器，所述发射波形控制器通过光耦HFBR2522连接所述峰值采样保持电路。

5.根据权利要求4所述的用于航空电磁发射机的千安级发射电流峰值检测电路，其特征在于，所述峰值采样保持电路包括采样保持集成芯片PKD01，所述采样保持集成芯片PKD01的1引脚通过电阻R2连接光耦HFBR2522，所述采样保持集成芯片PKD01的2引脚连接+15V电源，7引脚连接-15V电源，所述采样保持集成芯片PKD01的3引脚连接电阻R7，所述电阻R7连接电阻R9，所述电阻R9接地，所述采样保持集成芯片PKD01的4引脚通过电容CH接地，5引脚连接电阻R9，6引脚连接所述绝对值电路的输出端，8引脚通过电阻R8接地，9引脚分别连接电阻R4及电阻R6，电阻R6接地，电阻R4连接3引脚，所述采样保持集成芯片PKD01的13引脚接地，14引脚连接1引脚，3引脚连接数显直流电压表。