便攜式瞬變電磁發射機設計_畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 高的電壓，并且在導通與關斷之間轉換的時候，電路中的儲能元件會承受很大的沖擊，因此就有必要設計附加的能量吸收電路，提高電路的可靠性。近年來隨著軟關斷技術的發展，緩沖吸收電路有很多種，考慮到電路的實用性及設計的要求，本設計采用如圖 所示的充放電型 RCD 吸收電路。 圖 吸收電路主要原理圖 圖中 D1 和 D11 采用超快恢復的二極管， DL1 采用大電流快恢復二極管，與 R31 和 C1 共同組成 RCD 緩沖吸收電路。 本章總結 本章主要對瞬變電磁發射 機的發射橋路進行設計，主要包括驅動電路、光電隔離電路、 H 橋路的設計，其中 H 橋的設計是關鍵，特別是緩沖吸收電路的設計，因為緩沖吸收電路設計的好壞直接影響發射波形的下降沿關斷時間長短，而下降沿的延遲時間長短又會直接影響到瞬變電磁探測的精度。 16 第 4 章 本設計發射機實驗結果分析 本章介紹了國外瞬變電磁發射機的主要性能指標，并且對本設計的發射機進行實驗分析，通過結果驗證系統的工作性能。 加拿大 Geonics 公司 PROTEM 瞬變電磁儀 TEM47HP 井下探水系統主要技術指標如下： 電流波形：偶極性方波 基本頻率 ： 2 、 285Hz 發射線圈尺寸：面積 平方米的正方形線圈 輸出電壓： 0— 12V 最大輸出電流： 10A 重量： 6 公斤 本設計發射機主要指標 本設計主要指標如下： 發射線圈尺寸：面積 平方米的正方形線圈 線圈 1 的電阻約為 ，線圈 2 的電阻約為 輸出電壓范圍： 0— 2V 輸出電流范圍： 0— 30A 重量： 2 公斤以下 儀器的整體調試 如下圖 所示，將 FPGA 控制電路和發射橋路中的電源模塊 17 分別與外接電源連接，用大功率電源給 MOSFET 供電，在發射線圈即可得到想要的 脈沖發射電壓波形。 圖 本設計各部分電路板相連實物圖 單個發射橋路實驗結果 當發射系統只使用單個發射橋路時，發射波形如下圖所示，指標滿足設計要求。 圖 橋路 1 發射電壓波形 圖 18 圖 橋路 2 發射電壓波形圖 橋路 1 與橋路 2 并聯實驗結果 當發射系統使用兩個并聯橋路時，發射電壓波形如下圖 所示，根據示波器波形可以看出，兩個橋路很好地實現了并聯，實現了發射電流的同步。 圖 兩個橋路并聯發射電壓波形圖 19 發射橋路關斷沿波形 發射橋路 1 關斷波形如圖 所示，根據示波器波形可看出，關斷延遲時間小于 50us，滿足設計要求。 圖 發射橋路 1 關斷延遲時間波形圖 發射橋路 2 關斷波形如圖 所示，根據示波器波形可看出，關斷延遲時 間小于 50us，滿足設計要求。 圖 發射橋路 2 關斷延遲時間波形圖 20 本章小結 本章主要對該設計進行實驗結果分析，并與國外已有瞬變電磁發射機性能進行比較，通過實驗結果分析可知該設計滿足了設計要求，設計出了發射線圈面積 平方米、最大發射電流 30A、關斷延遲時間小于 50um、可以多個發射橋路并聯疊加的瞬變電磁發射機。 21 總結 本文主要介紹了利用 FPGA 進行控制的瞬變電磁發射機，并完成了相應部分的電路設計。設計的重點在于發射橋路的設計以及發射橋路的 并聯，因此發射橋路的功率器件選擇、光電隔離及驅動電路設計、緩沖吸收電路設計、控制信號的同步成為本設計的重點以及難點。本設計的創新點在于使用了兩個發射橋路并聯，國內外研制出的瞬變電磁發射機都是使用單個發射橋路，發射功率及發射電流等參數有所局限，本設計考慮使用兩個發射橋路并聯，因此發射功率和發射電流都得到明顯提高。通過實驗結果驗證，本設計達到了設計的要求，設計出了發射線圈面積 平方米、最大發射電流 30A、關斷延遲時間小于 50um、可以多個發射橋路并聯疊加的瞬變電磁發射機。 22 參考文 獻 [1] 林君 .電磁探測技術在工程與環境中的應用現狀 [J].物探與化探（ 20xx） .6:111 [2] 王淑玲．基于浮點放大的瞬變電磁法接收機的研制 [D]．長春：吉林大學 .20xx． [3] 劉麗萍．基于 DSP 的瞬變電磁數據采集系統的研制 [D]．長春：吉林大學 .20xx． [4] 嵇艷鞠，林君，程德福，于生寶 .ATEMⅡ 瞬變電磁儀數據處理軟件的研制與應用 [J].吉林大學學報 (地球科學版 ).20xx，33(2):242245 [5] 嵇艷鞠，林君，于生寶 。 朱凱光 。 王忠 。 王靜 .強場源 TEM測量儀器和在大礦山接替資源勘探中的應用研究 .地震地質 .20xx年， 115122 [6] 王忠，嵇艷鞠 ,林君 ,于生寶 ,周國華 .全程瞬變電磁探測系統的淺層探測實驗研究 .吉林大學學報（地球科學版） .35（增）： 9598 [7] 李俊唐，付志紅，蘇向豐，劉翔宇 .梯形脈沖瞬變電磁發射機 .電測與儀表 .20xx 年第 2 期 . [8] 韓莉，童敏明，鄧世建，張劍英，郭秀蘭，徐楠 .瞬變電磁探測發射機的設計 .軟件導刊 .第 10 卷第 8 期 . [9] 陳忠仁，董浩斌 .瞬變電磁法新型發射機的研制 .微型機與應用 .20xx 年第 2 期 . [10] 周國華，林君，周逢道，王艷 .淺海底瞬變電磁探測發射 23 系統研究 .電力電子技術 .第 40 卷第 5 期 . [11] 譚國貞，付志紅，周雒維，羅強 .瞬變電磁發射機控制系統設計 .電測與儀表 .20xx 年第 3 期 . [12] 康華光 .電子技術基礎 — 模擬部分 [M].北京：高等教育出版社 .. [13] 康華光 .電子技術基礎 — 數字部分 [M].北京：高等教育出版社 .. [14] 王兆安 ,黃俊 .電力電子技術 [M].北京：機械工業出版社 .20xx 第 4 版 . [15] 周潤景 ,圖雅 ,張麗敏 .基于 Quartus Ⅱ的 FPGA/CPLD 數字系統設計實例 [M].北京：電子工業出版社 .. [16] 史久貴 .基于 Altium Designer 的原理圖與 PCB 設計 [M].北京：機械工業出版社 .. [17] 唐清善 ,邱寶良 .Protel DXP 高級實例教程 [M].北京：中國水利水電出版社 .. 24 致謝 值此論文即將完成之際， 我的大學生涯即將畫上完美的句號，這不禁讓我感嘆時光如梭，也使 我更加 懂得 珍惜以后的時光 。 首先，我要向我的畢業設計指導老師 段清明 教 授表示衷心的感謝 以及崇高的敬意 ，本文從選題到完成都得到了 段 老師的悉心指導與幫助，段老師的人格魅力和科研精神將會使我受益終身。 其次 ，我要向培養了我四年的學院表示崇高的敬意與真誠的感謝，沒有學院就沒有我 的 現在。感謝學院的 所有 老師，感謝你們在我學業上的指導及生活上的幫助，你們的人格魅力和科研精神將會一直影響著我。 還要 感謝電氣 5班的所有同學們，能夠在這樣一個溫暖的集體里度過四年大學時光我很 欣慰 ，你們 的 友誼將是我一生的回憶。更要 感謝 與 我朝夕相處的室友，感謝你們在四年來給予我的幫助與包容 ， 感謝你們陪伴我度過了無數最 快樂的時光 ，和你們在一起的回憶我永遠不會忘記。 也要感謝地質宮所有幫助過我的師兄師姐，以及核磁組其他的老師，是你們的幫助讓我能夠順利地完成畢業設計。 最后我要感謝我的父母，你們是我生活與學習 的 最堅強的后盾。感謝你們多年來對我 的 養育教導以及給予我 的 充分信任 、 期望 與關愛 ， 你們辛苦了。 25 圖 1 外接電源電路圖 123VSS16RESET44041424344578910111213XTAL214VDD38XTAL115171819202122232425PSEN26ALE/PROG2728EA293031323334353637396U3 STC89C54RD+P2_5P2_6P2_7P0_4 P0_5 P0_6 P0_7 P1_0P1_1P1_2P1_3P1_4P1_5 P1_6 P1_7 P3_0 P3_1 P3_2 P3_3 P3_4 P3_5P2_0P2_1P2_2P2_3P2_4P0_0P0_1P0_2P0_3P4_0P4_2P4_3100KR9 Res21uFC1 Cap_1MCU_TXDMCU_RXD30pFC1130pFC1212345678910P2 Header 5X2MCU_TXDMCU_RXDMCU_TXDMCU_RXD 12RESETRESETMCUREM1ADJ2Vin3+Vin4GND9Vo18COM7Vo26Vo35U2 15W24S5D12DGND Vo1 Vo2 Vo3220uF/50VC21 2P1 P_Header 2VinVin+Vin+VinGND1IN3OUT2OUT4U4 1uFC5 Cap_11000uFC4DVCC Cap_11000uFC10Vo210mHL2 InductorVo310mHL3Vo110mHL1 InductorDVCC A+12V A12V470uFC16 Cap Pol1 470uFC21 Cap Pol11uFC6 Cap_11uFC13 Cap_11uFC7 Cap_11000uFC91uFC18 Cap_11uFC19 Cap_11uFC14 Cap_1470uFC17 Cap Pol1 470uFC22 Cap Pol1 Cap_1 Cap_1 Cap_1PowerD2 DiodeD1 Diode DVCCTest PointXTAL1XTAL2XTAL1XTAL21A+5V1DVCC11uFC451uFC461uFC471uFC48DVCCRO1RE2DE3DI4GND5A6B7VCC8U6 SN65HVD3082EDMCU_RXDMCU_TXDP3_4TVS1 TVS2 TVS347KR10ABBAAB10RR1110RR13BB ADS1 DS3DVCC2KR152KR17A+5V51_nRD51_nWRRS485ALEDVCCDVCC47KR24BAGND47KR12A2KR25GNDGNDGND GNDGNDG