串聯諧振式航空電磁法發射機關鍵技術研究畢業論文-資料下載頁

　　

【正文】 形其次，分析過沖削弱電路對過沖電流的削弱能力，由瞬變電磁探測原理的知識我們知道，接收系統接收的信號是發射電流關斷后電流相對于時間的變化率。對于感性的發射線圈，在這里我們定義一個“過沖電壓”的概念，用符號U表示它的計算公式為：…………………………………()式中L為發射線圈電感，為發射線圈電流相對于時間的變化率，由于發射線圈電感不變，所以過沖電壓與發射線圈電流相對于時間的變化率成正比，本文將以過沖電壓減少的程度來分析電流過沖削弱單元的性能。 電流過沖波形圖。將L=290μH、Δi=、Δt=，得過沖電壓U=。過沖削弱單元開通后，功率電阻與發射線圈并聯，功率電阻的電壓波形即為發射線圈的電壓波形。，圖中顯示發射線圈的過沖電壓為300V。，圖中顯示發射線圈的過沖電壓為75V。最后，分析過沖削弱電路對發射電流過沖的抑制能力，從上面的分析我們得出：過沖削弱電阻為50Ω的時候對電流過沖削弱達到19%，%，從過沖削弱功率電阻的電壓波形我們也可以看出20Ω功率電阻并聯到發射線圈兩端對電流過沖的削弱是比較明顯的。本章主要完成了室內測試實驗，包括介紹發射電流波形的測試分析、過沖削弱電路的功能測試和分析。通過對測試結果的分析，發射機的發射電流指標能夠滿足課題要求指標，峰值電流達到2725A、基頻25Hz。20Ω功率電阻并聯到發射線圈兩端時，%的過沖電流，效果比較理想。第5章 全文總結及未來展望第5章 全文總結及未來展望 概述 直升機時間域航空電磁法是國內外航空物探測量技術的重要研究方向之一。目前國外已有多家公司能夠生產相關的航空電磁勘察系統，而我國在這一領域還處于空白階段，鑒于直升機時間域航空電磁勘察系統是尋找地下水、良導金屬礦體以及地質填圖等多種勘查任務的快速、有效的地質勘查方法，有很好的應用前景，我國相關單位已經開始著手研究直升機時間域航空電磁勘察系統。 本論文的研究在國家高技術研究發展計劃（863計劃）重大項目——航空地球物理勘查技術系統子課題《吊艙式時間域直升機航空電磁勘查系統開發集成》的資助下，著重研究了以串聯諧振技術為基礎的半正弦電流發射機，在研究中采用了分析設計、仿真研究、實地測試相結合的方法，取得了一定的研究成果。 本論文的主要貢獻 本主要研究成果： （1）功率發射電路的設計實現 通過選取合理的功率發射電路方案，確定了串聯諧振方式的半正弦電流發射電路，給出了電路的結構原理并分析了電路的工作過程，通過對課題要求指標的計算選擇相應的功率器件和發射線圈的設計、測試；完成了以單片機為控制核心時序發生電路，給出了相應的硬件電路設計原理圖和軟件流程圖；設計并實現了分立元件搭建的大功率晶閘管驅動電路，給出了相應的電路設計原理圖；將時序發生電路與驅動電路結合到一起做到PCB電路板上，通過示波器測試驅動電路輸出的驅動信號，驗證了該部分滿足發射電路的要求。 （2）峰值電流采集記錄以及過沖削弱的設計實現 針對飛行過程中無法直接觀測發射電流峰值的變化，采用峰值檢測電路將峰值電流轉換為相應的直流電壓模擬信號，設計完成了以單片機為核心的峰值電流突變采集記錄單元，實現了電流和時間點實時顯示，電流變化超過一定數值的自動記錄和存儲相應的電流峰值和時間點以及在實驗完成后顯示出電流的變化前后的值和時間點的功能，給出了相應的電路設計原理圖和軟件程序流程圖。針對電流過沖對后續數據處理帶來的不利影響，設計完成了過沖削弱電路，它是通過延時時序信號后控制雙向晶閘管導通，在電流將要過零時將一個功率電阻并聯到發射線圈兩端以消耗一定功率，達到削弱電流過沖的目的。 （3）室內功能測試實驗 最后，通過測量電流互感器輸出波形、線圈兩端電壓波形以及過沖削弱功率電阻波形并經過相應的計算推導，最終確定發射機發射電流峰值達到2725A、基頻25Hz的指標，并能夠完成電流峰值突變采集記錄和電流過沖的削弱等附加的功能，%。 發射機實物照片 展望本文主要研究串聯諧振式航空電磁法發射機的關鍵技術，在對大量技術資料的分析、總結的基礎上，通過大量的仿真實驗及硬件測試完成的。從航空電磁法的原理入手，介紹了國內外航空電磁法探測技術的發展現狀和應用前景，并對國外一些商品化的航空電磁法系統的性能進行比較，明確本次設計的方向：設計并制作完成串聯諧振式航空電磁法發射機。此發射機具有發射大偶極峰值距的能力，在直升機時間域航空電磁勘察系統中有很廣闊的應用前景。尚需深入研究的幾個問題：（1），由于線圈結構已經確定，線圈電感值也隨之確定，只能通過改變串聯支路電容的值來減少電流脈沖寬度。（2）電路結構的需要進一步優化，其中比較突出的問題是功率回路的接觸電阻過大導致的連接處過熱的問題，過大的接觸電阻同時會導致峰值電流的下降，嚴重影響發射機的整體效率并會帶來一定的安全隱患。針對此問題，本文提出減少發熱點接觸電阻的方法，發熱點的確定靠TEK公司生產的熱像儀來實現。（3）由于本文中的過沖削弱電路并不能完全消除電流過沖，需要進一步研究電流過沖產生的機理，從根本上解決電流過沖問題，這個問題的提出是基于對諧振電路的理論分析得來的，因為理論上晶閘管電流過零時應該處于關斷的狀態，而由于晶閘管在反向截止的過程中，空穴載流子需要一定的時間復合，這樣會產生反向回復電流，也就是發射線圈電流過零的時候會產生一定過沖電流。針對此問題，本文提出兩種嘗試方案，一是給大功率晶閘管加裝吸收電路，以達到減小反向電流的目的，二是過沖削弱部分電路嘗試其它類型的開關器件的應用，比如IGBT。（4）峰值電流采集功能有待提高，由于前文所介紹峰值電流采集電路采用串行AD芯片而且采樣率比較低，所以必須在AD前端加設峰值檢測電路，并行高采樣率AD芯片的應用對于這個問題的解決是非常有效的。同時采用更大容量的EEPROM對于后續發射機的功能擴展是非常有利的。（5）由于本文是針對串聯諧振式航空電磁法的關鍵技術的研究，每一部分在設計的時候均采用各自的電源，這樣在電源效率方面就不那么令人滿意，所以需要對整個弱電系統電源進行結構的優化，包括信號傳輸時光耦隔離的應用，不同電壓等級的DC/DC變換的應用。參考文獻參考文獻[1] [J].地學前緣，1998，4：223230.[2] 王衛平， 系統發展研究現狀及應用前景[J]. 地質找礦論叢，2010,12:286291.[3] 滿延龍. 國外航空電磁法的發展現狀和我國現階段航電的發展[J].物探與化探. 1994（6）：174178.[4] 周錫華, 熊盛青, 張虹, [J]. ,31(16):564567.[5] 王世隆,林君,王言章,隨陽軼,孟慧,劉麗敏. 直升機式航空時間域電磁法全波收錄[J].吉林大學學報（工學版）.2011,41(3):776781.[6] 嵇艷鞠. 淺層高分辨率全程瞬變電磁系統中全程二次場提取技術研究[J]. 長春：吉林大學儀器科學與電氣工程學院，2004.[7] 孫炳海,王劍,李永東. 回饋式級聯型變頻器 PWM 整流控制及其諧波分析[J].,26(7):210215.[8] 譚國貞,付志紅,周雒維,羅強. 瞬變電磁發射機控制系統設計[J].,43(3):812.[9] 李軍鋒，[J].物探化探計算技術，2007，10：1720.[10] 張昌達. 航空時間域電磁法測量系統:回顧與前瞻[J]. 工程地球物理學報. 2005（8）：265－273.[11] 雷棟,胡祥云,張素芳. 航空電磁法的發展現狀[J]. （3）：40－44 .[12] [D].長春：吉林大學儀器科學與電氣工程學院，2009.[13] Ⅱ的改進型電磁法發射系統設計與實現[D].長春：吉林大學儀器科學與電氣工程學院，2008.[14] [J]. 中國水運(理論版).2007,5(11):134136.[15] [J].(4):2529.[16] [J].,42(2):3638.[17] [J].2008，15（1）：109110.[18] 林飛，[M]..[19] 周淵深. 電力電子技術與MATLAB仿真[M]. .[20] 王利平,楊德州,賈春蓉,朱小紅. 一種新型穩壓電源的研制[J].,43(11):4749.[21]吳俊娟,鄔偉揚,代明輝. 基于移相控制的串聯諧振變換器穩態分析[J]. ,44(2):3436.[22] [J].2007，19（8）：190191.[23] 譚林林,黃學良,黃輝,鄒玉煒,李慧. 基于頻率控制的磁耦合共振式無線電力傳輸系統傳輸效率優化控制[J]. 中國科學: ,41(7):913919.[24] Guimin Liu. Effect of transmitter current waveform on airborne TEM response.[J]Exploration (29)：172174.[25] [J].，4（2）：7476.[26] 戴薇,鄧雪軍,[J].，38（5）：2527.[27] A Becker. Airborne Electromagnetic Method[J].Geophysics and Geochemitry for ，16（2）165169.[28] 付志紅，周雒維，蘇向豐，杜雄. 兩種新穎的準諧振型電流陡脈沖整形電路[J].,26(5):7075.[29] 童詩白,華成英. 模擬電子技術基礎[M]..[30] 何橋,段清明,[M]..[31]王兆安,黃俊. 電力電子技術[M]. .[32]（數字部分）[M]..[33]李瀚蓀. 電路分析基礎（下冊）[M]..[34][M]..[35] 藍元良, 湯廣福, 印永華, 周孝信. 串聯晶閘管反向恢復暫態過程的研究[J]. ,30(16):1519.[36] [D].長春:.[37] 施勝丹,王小紅,陸廣香,趙　[J].,36(5):8689.[38] [J].(1):3234.[39] 魏海嘯,[J].,20(1):163167.[40] 秦嗣梁,關艷霞,[J].,44(3):9192.[41] 馮明遠,[J].(5):810.致謝時光荏苒，碩士三年將要結束了，能夠順利完成學位論文一直都離不開老師、同學、朋友給我熱情的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!本學位論文是在我的指導老師于生寶教授的親切關懷與細心指導下完成的。從課題的選擇到論文的最終完成，于老師始終都給予了細心的指導和不懈的支持。于老師對學生認真負責，對科研一絲不茍，這些都讓我獲益菲淺，希望借此機會向于老師表示最衷心的感謝！此外，本文最終得以順利完成，也是與實驗室的兄弟姐妹的幫助分不開的，雖然他們沒有直接參與我的畢業設計指導，但在做畢業設計的過程中給予了我很多無私的幫助，他們是齊林同學、高博同學、施慶國同學、吳大用師弟、屈路師弟、蔣鑫師弟、王騰龍師弟、高明亮師弟、韓冰師弟，在此向他們表示深深的感謝！同時還要感謝劉煥江老師在線圈制作時給予的幫助！最后要感謝的是我的父母，他們為我能夠順利的完成畢業論文提供了巨大的支持與幫助。在未來的日子里，我會更加努力的學習和工作，不辜負父母對我的殷殷期望！我一定會好好孝敬和報答他們！55