【摘要】：巷道內(nèi)金屬錨桿、錨網(wǎng)、大型機(jī)電設(shè)備等因素影響了瞬變電磁的探測效果,為減小這些干擾因素帶來的影響,設(shè)計(jì)了一種超強(qiáng)功率瞬變電磁儀。該瞬變電磁儀發(fā)射機(jī)采用PWM控制器為核心處理單元,能通過MCU微處理器預(yù)設(shè)電流值,確保瞬變電磁儀發(fā)射電流保持恒定;采用恒流源的大功率瞬變電磁發(fā)射機(jī),其最大發(fā)射電流可達(dá)500 A,探測效果顯著提高;瞬變電磁儀接收機(jī)采用雙AD設(shè)計(jì),利用FPGA控制兩個(gè)AD采樣器,可實(shí)現(xiàn)多次疊加壓制噪聲干擾,提高探測精度。
【圖文】：

?］。根據(jù)這種需求，設(shè)計(jì)了一款最大發(fā)射電流可達(dá)500A的恒流型瞬變電磁儀。1瞬變電磁儀組成根據(jù)瞬變電磁儀的工作原理，可以將其分為發(fā)射機(jī)與接收機(jī)兩部分。發(fā)射機(jī)主要功能是通過發(fā)射天線發(fā)送電流，在發(fā)射電流期間，發(fā)射天線在其周圍空間產(chǎn)生一次電磁場［3］。接收機(jī)主要功能是通過接收線圈，采集一次場關(guān)閉后的瞬間由于電磁感應(yīng)在天線周圍空間產(chǎn)生的二次電磁場信息。接收機(jī)測量并記錄二次磁場隨時(shí)間變化的響應(yīng)數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)處理軟件，由專門的處理軟件分析出地下的地質(zhì)信息。所設(shè)計(jì)的瞬變電磁儀見圖1，發(fā)射機(jī)主要由微處理器、大容量蓄電池(12V/60Ah)、PWM控制器、大功率MOS管，以及大功率電感、霍爾傳感器、隔離驅(qū)動(dòng)器等組成。接收機(jī)主要包括接收線圈、信號放大處理電路、24位AD采集、數(shù)據(jù)處理、顯示和存儲(chǔ)等。圖1瞬變電磁儀結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)示意圖2恒流源設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中的瞬變電磁儀，采用脈寬調(diào)制方式(PWM)，以類似“開關(guān)電源”的原理實(shí)現(xiàn)恒流。首先由MCU通過其自帶的DA預(yù)設(shè)一個(gè)電流值給PWM控制器，其控制場效應(yīng)管的開關(guān)，同時(shí)，霍爾傳感器實(shí)時(shí)檢測負(fù)載上的電流，并反饋給PWM控制器，PWM控制器通過對比預(yù)設(shè)電流值與實(shí)際負(fù)載上的電流，快速控制場效應(yīng)管的導(dǎo)通和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)恒流［4－5］。采用UC3823芯片作為PWM控制芯片，UC3823芯片由振蕩器、PWM比較器、PWM鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器、限流比較器、過流比較器、基準(zhǔn)電壓源、故障鎖存器、軟啟動(dòng)電路、欠壓鎖定等組成［6］。PWM控制器UC3823芯片的外圍電路設(shè)計(jì)見圖2。UC3823芯片使用中需要設(shè)置PWM振蕩頻率、預(yù)設(shè)電流初值、實(shí)際電流值［6］。振蕩頻率設(shè)置由5腳和6腳完成，振蕩頻率f=1.5/(ＲtCt)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)振蕩頻率為40kHz，見圖2，選取Ｒ81=12

輸出驅(qū)動(dòng)器、限流比較器、過流比較器、基準(zhǔn)電壓源、故障鎖存器、軟啟動(dòng)電路、欠壓鎖定等組成［6］。PWM控制器UC3823芯片的外圍電路設(shè)計(jì)見圖2。UC3823芯片使用中需要設(shè)置PWM振蕩頻率、預(yù)設(shè)電流初值、實(shí)際電流值［6］。振蕩頻率設(shè)置由5腳和6腳完成，振蕩頻率f=1.5/(ＲtCt)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)振蕩頻率為40kHz，見圖2，選�。�81=12kΩ，C71=33nF。本設(shè)計(jì)中的電流初值設(shè)定，由微處理器通過軟件完成。測量實(shí)際電流值使用霍爾傳感器CHB－1000SH，其量程達(dá)到1000A，完全滿足設(shè)計(jì)中最大500A的測量要求。圖2UC3823電路設(shè)計(jì)圖3大電流H橋及其驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)使用的H橋式電流導(dǎo)向電路中，，最重要的是能承受500A電流以上的場效應(yīng)管，而且要求場效應(yīng)導(dǎo)通電阻小，開關(guān)速度快，關(guān)斷時(shí)間短［7］。H橋式工作電路見圖3，H橋電路使用的開關(guān)管為VMO550－01F型場效應(yīng)管。VMO550－01F型場效應(yīng)管耐壓可達(dá)100V，瞬態(tài)電流可以達(dá)到2360A，而且導(dǎo)通電阻小(2.1mΩ)，開關(guān)速度可達(dá)到1MHz。為了防止儀器長時(shí)間工作，導(dǎo)致場效應(yīng)管發(fā)熱致使器件燒毀，在使用中，VMO550－01F場效應(yīng)管需要安裝散熱片。圖3H橋工作電路·43·第42卷第5期2015年10月礦業(yè)安全與環(huán)保MININGSAFETY＆ENVIＲONMENTALPＲOTECTIONVol.42No.5Oct.2015
【作者單位】： 中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司;
【基金】：“十二五”國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05041-003-005) 中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司青年基金項(xiàng)目(2013QNJJ38)
【分類號】：TD744

【參考文獻(xiàn)】

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3 李保凱;便攜式瞬變電磁接收機(jī)的研制[D];中國地質(zhì)大學(xué)（北京）;2010年

4 張迅;分布式瞬變電磁接收機(jī)的研制[D];吉林大學(xué);2010年

5 汝亮;瞬變電磁多用途處理解釋系統(tǒng)研制[D];長安大學(xué);2010年

6 李斌;瞬變電磁軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)實(shí)現(xiàn)[D];成都理工大學(xué);2010年

7 梁盛軍;瞬變電磁探測技術(shù)在煤礦井下應(yīng)用研究[D];河北工程大學(xué);2007年

8 彭學(xué)文;雙層鋼管瞬變電磁檢測技術(shù)研究[D];南昌航空大學(xué);2010年

9 李楠楠;瞬變電磁測井井下系統(tǒng)研究[D];西安石油大學(xué);2012年

10 袁芬艷;深海拖曳式瞬變電磁探測技術(shù)研究[D];杭州電子科技大學(xué);2011年

本文編號：2527561