本發(fā)明涉及探測領(lǐng)域，具體來說是涉及一種基于動態(tài)補(bǔ)償?shù)暮舜殴舱裾宜畠x發(fā)射機(jī)。

背景技術(shù)：

淡水是日漸緊缺的資源，在干旱地區(qū)地表水無法滿足人們的需求。因此，對地下水資源的勘探和開采也逐步引起人們的重視。核磁共振找水方法是世界上唯一通過地球物理原理地表直接找水的方法，通過在地表發(fā)射拉莫爾頻率的電磁脈沖，極化地下水使其產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象，將接收到的水中氫原子的弛豫信號進(jìn)行反演，就可以獲取探測地區(qū)地下的水文信息。勘探地下水資源時(shí)，需要靠地表發(fā)射電流脈沖信號對水層進(jìn)行極化，極化水中氫核的過程由核磁共振找水儀的發(fā)射機(jī)來激發(fā)地下水層。原理是在發(fā)射天線上加載巨大的交變電流，由交變電流激發(fā)巨大的電磁脈沖，最后電磁脈沖穿過地層對地下水層進(jìn)行極化。

對勘探水層的極化程度，主要由發(fā)射機(jī)發(fā)射脈沖的脈沖矩決定，電磁脈沖矩是由發(fā)射電流與發(fā)射時(shí)間的乘積來決定的。單次脈沖矩的極化程度有限，因此需要多次激發(fā)以提高極化的程度，地表核磁共振接收機(jī)接收的信號就越強(qiáng)。因?yàn)椴捎么箅娙葜苯咏o發(fā)射機(jī)供電，所以在電容供電的過程中，電容上的電壓會隨時(shí)間成指數(shù)形式快速衰減，在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)中為了使發(fā)射的脈沖矩比較穩(wěn)定，一般單次發(fā)射時(shí)間約為幾十毫秒，在電容電壓衰減不明顯的時(shí)間內(nèi)完成發(fā)射。所以導(dǎo)致的電磁脈沖發(fā)射的時(shí)間十分短暫，使發(fā)射的電流脈沖的脈沖矩受到限制，對水層進(jìn)行一定程度的極化時(shí)往往需要進(jìn)行多次激發(fā)，比如法國的numis找水儀的脈沖矩最大為9000a/ms，在一般性測量過程中需要進(jìn)行60余次激發(fā)。在電磁脈沖矩的發(fā)射時(shí)間上限制了發(fā)射機(jī)的工作效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種基于動態(tài)補(bǔ)償?shù)暮舜殴舱裾宜畠x發(fā)射機(jī)，可以在電容放電過程中同時(shí)進(jìn)行電容電壓補(bǔ)償，讓電容電壓下降到一定程度前，能夠通過補(bǔ)償電容電壓讓發(fā)射機(jī)發(fā)射更長的時(shí)間，可以提升發(fā)射脈沖的脈沖矩最大為60000a/ms，縮短對水層進(jìn)行同等程度極化的激發(fā)次數(shù)，大大提升發(fā)射機(jī)的工作效率。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種基于動態(tài)補(bǔ)償?shù)暮舜殴舱裾宜畠x發(fā)射機(jī)，包括控制模塊、發(fā)射機(jī)充電模塊、發(fā)射機(jī)脈沖發(fā)射模塊。

所述控制模塊包括單片機(jī)模塊、pc機(jī)，單片機(jī)模塊連接pc機(jī)；所述發(fā)射機(jī)充電模塊包括鋰電池組、第一繼電器、升壓電路、恒流源、供電大電容、檢測電路；所述鋰電池組連接第一繼電器，第一繼電器連接升壓電路，升壓電路連接恒流源，恒流源連接供電大電容。所述升壓電路、恒流源、供電大電容均連接檢測電路；所述第一繼電器、升壓電路、恒流源、檢測電路均連接單片機(jī)模塊。

所述發(fā)射機(jī)脈沖發(fā)射模塊包括第二繼電器、開關(guān)器件控制模塊、拉莫爾頻率發(fā)生器、h橋逆變器模塊、諧配電容、發(fā)射線圈；所述第二繼電器連接h橋逆變器模塊，h橋逆變器模塊連接諧配電容，諧配電容連接發(fā)射線圈；所述第二繼電器連接單片機(jī)模塊，所述單片機(jī)模塊連接拉莫爾頻率發(fā)生器，拉莫爾頻率發(fā)生器連接開關(guān)器件控制模塊，開關(guān)器件控制模塊連接h橋逆變器模塊。

本發(fā)明一種基于動態(tài)補(bǔ)償?shù)暮舜殴舱裾宜畠x發(fā)射機(jī)，技術(shù)效果如下：

1、改進(jìn)充電電路，可以在充電電容對發(fā)射電路供電時(shí)，同步實(shí)現(xiàn)電壓補(bǔ)償，延時(shí)電容電壓衰減。

2、升壓電路可以實(shí)現(xiàn)24-300伏特的電壓升壓輸出，功率輸出達(dá)200w。

3、恒流源輸出1a的恒流源，對充電電容恒流充電。

4、充電電容電壓可實(shí)現(xiàn)200毫秒的電壓穩(wěn)定輸出。輸出電磁脈沖矩可達(dá)60000a/ms。

5、發(fā)射機(jī)可以提升對地下水層的極化效率。

6、電池組采用功率密度更大且更為適用野外的鋰電池組供電設(shè)計(jì)。

7、加入繼電器組，提升發(fā)射機(jī)的工作的可靠性。

8、加入檢測電路，通過反饋控制和算法實(shí)現(xiàn)電路的精確控制。

9、傳統(tǒng)的核磁共振發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)在供電電容放電的過程中電壓快速衰減的問題。使得發(fā)射機(jī)穩(wěn)定發(fā)射電磁波的時(shí)間受到限制，單次發(fā)射的電磁波對地下水層的極化程度有限。本發(fā)明一種基于動態(tài)補(bǔ)償?shù)暮舜殴舱裾宜畠x發(fā)射機(jī)，可以在充電電容在放電過程中同步補(bǔ)償電容上的電壓，使得電容能夠更長時(shí)間對發(fā)射機(jī)供電，通過延長發(fā)射時(shí)間來提高發(fā)射機(jī)的發(fā)射電磁脈沖矩，單次發(fā)射的電磁波對地下水層的極化程度的得到提高，最終在探測過程中發(fā)射機(jī)的工作效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的模塊連接示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種基于動態(tài)補(bǔ)償?shù)暮舜殴舱裾宜畠x發(fā)射機(jī)，包括控制模塊a001、發(fā)射機(jī)充電模塊a002、發(fā)射機(jī)脈沖發(fā)射模塊a003。

所述控制模塊a001包括單片機(jī)模塊a011、pc機(jī)a012，單片機(jī)模塊a011連接pc機(jī)a012。所述單片機(jī)模塊a011實(shí)現(xiàn)對發(fā)射機(jī)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)對各個(gè)模塊的控制，通過算法和控制策略使各個(gè)模塊有序工作。并且數(shù)據(jù)的采集并上傳給pc機(jī)a012進(jìn)行進(jìn)一步演算。所述pc機(jī)a012實(shí)現(xiàn)對發(fā)射機(jī)的數(shù)據(jù)設(shè)置，并對接受數(shù)據(jù)進(jìn)行接受和反演。

所述發(fā)射機(jī)充電模塊a002包括鋰電池組a001、第一繼電器a002、升壓電路a003、恒流源a004、供電大電容a005、檢測電路a010。所述鋰電池組a001連接第一繼電器a002，第一繼電器a002連接升壓電路a003，升壓電路a003連接恒流源a004，恒流源a004連接供電大電容a005。所述升壓電路a003、恒流源a004、供電大電容a005均連接檢測電路a010。所述第一繼電器a002、升壓電路a003、恒流源a004、檢測電路a010均連接單片機(jī)模塊a011。

所述供電大電容a005采用進(jìn)口日立鋁電解電容，耐壓450v，容值33000uf器并聯(lián)組成，并聯(lián)4個(gè)電容器組成所設(shè)計(jì)的0.132f電容器。

所述恒流源a004是基于irfpc60場效應(yīng)管設(shè)計(jì)的，可輸出1安培的恒定流給供電電容；在1安培輸出電流情況下，電壓輸出范圍為0~400伏特。

所述鋰電池組a001為整個(gè)找水儀提供電能，采用鋰電池組a001具有較高的功率密度，且適用于野外作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)。所述第一繼電器a002實(shí)現(xiàn)對鋰電池組a001與發(fā)射機(jī)充電電路的通斷，并且起保護(hù)電路的作用。所述升壓電路a003通過dc-dc升壓電路，實(shí)現(xiàn)將鋰電池組a001的低壓提升至300伏特，為充電電容提供高電壓。所述恒流源a004實(shí)現(xiàn)對充電電容的恒流充電，可以在充電過程中使電容電壓線性上升。所述供電大電容a005積累電荷，將電壓提升至300伏特，并最終對發(fā)射機(jī)脈沖發(fā)射模塊a003直接供電。所述檢測電路a010對電容上的電壓以及恒流源a004電流進(jìn)行檢測，并將相關(guān)數(shù)據(jù)采集送給單片機(jī)模塊a011對電路進(jìn)行反饋控制。

所述發(fā)射機(jī)脈沖發(fā)射模塊a003包括第二繼電器a006、開關(guān)器件控制模塊a014、拉莫爾頻率發(fā)生器a013、h橋逆變器模塊a007、諧配電容a008、發(fā)射線圈a009。所述第二繼電器a006連接h橋逆變器模塊a007，h橋逆變器模塊a007連接諧配電容a008，諧配電容a008連接發(fā)射線圈a009。所述第二繼電器a006連接單片機(jī)模塊a011，所述單片機(jī)模塊a011連接拉莫爾頻率發(fā)生器a013，拉莫爾頻率發(fā)生器a013連接開關(guān)器件控制模塊a014，開關(guān)器件控制模塊a014連接h橋逆變器模塊a007。

本發(fā)明所涉及開關(guān)器件控制模塊a014采用富士公司生產(chǎn)的混合型ic驅(qū)動器件exb841，利用該器件對由igbt構(gòu)成的h橋電路進(jìn)行驅(qū)動。驅(qū)動信號延時(shí)低于1us,頻率輸出范圍在40~50khz。同時(shí)有正負(fù)偏壓、過流檢測和軟關(guān)斷保護(hù)等主要功能。

h橋逆變器模塊a007的h橋主要器件為igbt器件，選用skm600gb126d型igbt模塊，耐壓值為1200v，最大電流為600a，使用兩組igbt時(shí)，構(gòu)成h橋路。

所述諧配電容a008，通過多個(gè)不同容值的高壓薄膜電容器cbb81-2kv223j系列電容組成，配諧電容的范圍為0.1uf~20uf，配諧精度為0.1uf。

所述第二繼電器a006實(shí)現(xiàn)充電電容對發(fā)射電路的開關(guān)，以控制發(fā)射電路的啟停。所述拉莫爾頻率發(fā)生器a013由控制模塊設(shè)置當(dāng)?shù)氐睦獱栴l率，并通過數(shù)字信號合成技術(shù)產(chǎn)生拉莫爾頻率信號。所述開關(guān)器件控制模塊a014，根據(jù)拉莫爾頻率的控制信號控制h橋逆變器模塊a007，在發(fā)射線圈a009中產(chǎn)生拉莫爾頻率大電流脈沖信號。所述諧配電容a008通過配置與發(fā)射電路先對應(yīng)的電容，在拉莫爾頻率下電路發(fā)生串聯(lián)諧振，產(chǎn)生最大的激發(fā)電流。所述發(fā)射線圈a009中產(chǎn)生巨大的電流激發(fā)電磁場，對地下水層極化。

一種發(fā)射機(jī)電容電壓動態(tài)補(bǔ)償方法，恒流源a004實(shí)現(xiàn)將對供電大電容a005的充電，檢測電路a010實(shí)時(shí)供電大電容a005電壓檢測，當(dāng)電壓達(dá)到300伏特時(shí)，轉(zhuǎn)接升壓電路a003恒壓輸出到供電大電容a005；再控制升壓電路a003穩(wěn)定在300伏特輸出，將電容電壓穩(wěn)定在300伏特。在發(fā)射機(jī)工作發(fā)射電磁脈沖時(shí)，同步對供電大電容a005上的電壓動態(tài)補(bǔ)償，通過檢測電路a010實(shí)時(shí)檢測供電大電容a005上的電壓電流，對充電電路的采集參數(shù)計(jì)算實(shí)時(shí)的充電功率，控制輸出在300伏特，因充電電路充電功率存在極限，所涉及的單片機(jī)內(nèi)部程序計(jì)算實(shí)時(shí)充電電路的充電功率，當(dāng)充電功率達(dá)到預(yù)設(shè)閥值時(shí)，則控制第二繼電器a006暫停發(fā)射機(jī)工作；當(dāng)電容電壓損耗補(bǔ)償完，充電電路的采集參數(shù)計(jì)算實(shí)時(shí)的充電功率等于0時(shí)，控制第二繼電器a006導(dǎo)通，發(fā)射機(jī)再次工作。

一種基于動態(tài)補(bǔ)償?shù)暮舜殴舱裾宜畠x發(fā)射機(jī)控制方法：

步驟一：由控制模塊a001的pc機(jī)a012設(shè)置當(dāng)?shù)氐睦獱栴l率，并傳遞給單片機(jī)模塊a011對拉莫爾頻率發(fā)生器a013進(jìn)行控制，發(fā)生相應(yīng)的頻率；

步驟二：由控制模塊a001的pc機(jī)a012向單片機(jī)模塊a011發(fā)送充電命令，單片機(jī)模塊a011控制發(fā)射機(jī)充電模塊a002開始工作；

步驟三：發(fā)射機(jī)充電模塊a002的第一繼電器a002導(dǎo)通，鋰電池組a001對系統(tǒng)供電，充電電路對充電電容恒流充電；

步驟四：當(dāng)充電完成后，單片機(jī)模塊a011控制拉莫爾頻率發(fā)生器a013，產(chǎn)生了拉莫爾頻率的控制信號，單片機(jī)模塊a011控制第二繼電器a006，在發(fā)射機(jī)發(fā)射拉莫爾頻率天線激發(fā)電磁脈沖信號，極化地下水層；

步驟五：在進(jìn)行步驟四的同時(shí)，即電容在對發(fā)射機(jī)脈沖發(fā)射模塊a003供電時(shí)，同時(shí)對電容恒壓充電，當(dāng)補(bǔ)償電流低于恒流源a004輸出電流時(shí)，對電容同步補(bǔ)償充電；

步驟六：在同步補(bǔ)償電容電壓，電容輸出電壓出現(xiàn)延時(shí)衰減時(shí)，單片機(jī)模塊a011控制第二繼電器a006關(guān)斷，暫停輸出，對將電容充電將電壓提升至300伏特；

步驟七：第二繼電器a006導(dǎo)通，控制發(fā)射電路再次激發(fā)電磁脈沖，極化地下水層。

各個(gè)功能單元的工作步驟如下：

（1）所述控制模塊a001，通過pc機(jī)a012設(shè)置當(dāng)?shù)氐睦獱栴l率。

（2）所述單片機(jī)模塊a011，根據(jù)pc機(jī)a012設(shè)置的參數(shù)，控制頻率發(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)頻率。

（3）再由pc機(jī)a012向發(fā)射機(jī)充電模塊a002設(shè)置“充電”命令。

（4）發(fā)射機(jī)充電模塊a002控制第一繼電器a002導(dǎo)通，鋰電池組a001組向發(fā)射機(jī)模塊供電。

（5）升壓電路a003將實(shí)現(xiàn)將電壓24-300的升壓，實(shí)現(xiàn)300伏特的電壓輸出。

（6）恒流源a004電路，實(shí)現(xiàn)1安培的恒流源電流輸出，對充電電容恒流充電。

（7）檢測電路a010檢測恒流源a004輸出電流和電容電壓，實(shí)現(xiàn)對恒流源a004的輸出反饋控制。

（8）當(dāng)電容電壓達(dá)到300伏特時(shí)，反饋至pc機(jī)a012。

（9）pc機(jī)a012收到單片機(jī)模塊a011反饋的信息，向發(fā)射機(jī)設(shè)置發(fā)射次數(shù)后，再通過pc機(jī)a012設(shè)置“發(fā)射”命令。

（10）發(fā)射機(jī)接受到“發(fā)射”命令，控制第二繼電器a006導(dǎo)通，并控制h橋?qū)崿F(xiàn)拉莫爾頻率的輸出。

（11）在第二繼電器a006同步導(dǎo)通同時(shí)，同時(shí)對充電電容電壓同步動態(tài)補(bǔ)償。

（12）發(fā)射天線實(shí)現(xiàn)激發(fā)電磁脈沖，電磁脈沖對地下水層氫原子極化。

（13）當(dāng)檢測電路a010檢測到電容電壓出現(xiàn)衰減，充電電流達(dá)到1安培時(shí)，控制模塊a001暫停發(fā)射機(jī)脈沖發(fā)射電路工作。

（14）發(fā)射機(jī)脈沖電路暫停工作時(shí)，充電電路對電容充電。

（15）充電電容電壓充滿時(shí)，再次控制發(fā)射電路激發(fā)電磁脈沖。

（16）電路循環(huán)充放電過程，發(fā)射電路間歇性工作，當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)的工作次數(shù)后停止，再由核磁共振找水儀接受機(jī)配合工作，并接受信號。