【摘要】：時(shí)間域航空電磁法是一種有效的地質(zhì)勘探方法,可在空中完成探測任務(wù),具有明顯的環(huán)境優(yōu)勢,被廣泛使用在勘查礦物質(zhì)、監(jiān)測環(huán)境、探測埋地管道與海洋可用冰等多方面。時(shí)間域航空電磁法的探測深度和精度與發(fā)射波形的質(zhì)量密切相關(guān),目前在實(shí)際探測過程中,發(fā)射電流波形存在平頂段紋波大、下降沿線性度低、關(guān)斷時(shí)間長等問題,嚴(yán)重限制了航空電磁系統(tǒng)的高精度測量。針對(duì)上述問題,本文在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“直升機(jī)航空電磁測量技術(shù)系統(tǒng)研制(2017YFC0601802)”的資助下,開展了基于幅值追蹤技術(shù)的時(shí)間域航空電磁發(fā)射電路的研究。主要研究內(nèi)容如下:1、為實(shí)現(xiàn)發(fā)射電流的快速關(guān)斷,在傳統(tǒng)航空電磁發(fā)射電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn),其中逆變電路的橋臂開關(guān)采用新型半導(dǎo)體器件SiC MOSFET,顯著提高了開關(guān)頻率;增加了有源鉗位饋能電路部分,加快了負(fù)載線圈的鉗位放電過程,有利于實(shí)現(xiàn)能量的回饋。2、根據(jù)航空電磁逆變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),提出了一種幅值追蹤技術(shù),將發(fā)射電流和鉗位電壓關(guān)系式作為調(diào)控發(fā)射電路的重要依據(jù),建立閉環(huán)控制模型并通過調(diào)節(jié)控制信號(hào)來減小誤差,實(shí)現(xiàn)了對(duì)下降沿段電流的實(shí)時(shí)追蹤與調(diào)節(jié)。3、根據(jù)幅值追蹤技術(shù)對(duì)發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求,設(shè)計(jì)了組合式發(fā)射機(jī)控制器,其中飛思卡爾作為主控芯片,主要用于幅值追蹤法的實(shí)現(xiàn)與發(fā)射系統(tǒng)的故障監(jiān)控;FPGA芯片與外圍電路部分,主要用于數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換;兩芯片之間采用SPI串行通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。為了準(zhǔn)確驅(qū)動(dòng)SiC MOSFET器件,避免誤觸發(fā)現(xiàn)象,設(shè)計(jì)了特殊的驅(qū)動(dòng)電路拓?fù)?并計(jì)算了發(fā)射橋路的開關(guān)損耗。4、使用PLECS軟件對(duì)發(fā)射電路進(jìn)行系統(tǒng)仿真,驗(yàn)證該拓?fù)涞目尚行?通過雙脈沖電路測試了SiC MOSFET的輸出特性和開關(guān)損耗;利用基于幅值追蹤技術(shù)的時(shí)間域航空電磁發(fā)射系統(tǒng)在國家地球物理探測儀器工程技術(shù)研究中心進(jìn)行野外實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,在輸入電壓384V、平頂段電流峰值400A、最高鉗位電壓500V的情況下,可將線性度優(yōu)化至99.77%,關(guān)斷時(shí)間從1.5ms縮短至963μs,達(dá)到了預(yù)期的效果。本文研制的基于幅值追蹤技術(shù)的時(shí)間域航空電磁發(fā)射電路同時(shí)在硬件設(shè)備和控制方法進(jìn)行了改進(jìn),在時(shí)間域航空電磁發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)上為后續(xù)的研究提供了新的思路;在發(fā)射電流的質(zhì)量、系統(tǒng)的能耗和穩(wěn)定性方面進(jìn)行了改善,提高了航空電磁系統(tǒng)的探測精度。
【圖文】：

的下降沿段發(fā)射電流及對(duì)應(yīng)鉗位電壓波形。圖 3.3 單個(gè)周期內(nèi)兩種方式作用下的發(fā)射電流及鉗位電壓波形由圖3.3可知：在相同關(guān)斷時(shí)間內(nèi)，采用500V恒壓鉗位控制的下降沿段發(fā)射電流的線性度約為90%，而采用幅值追蹤技術(shù)控制得到的下降沿段線性度理論值為100%，明顯優(yōu)于前者；且使用幅值追蹤技術(shù)控制時(shí)，實(shí)際的鉗位電壓平均值低于500V，，可減小鉗位電容引起的熱損耗，進(jìn)而增大系統(tǒng)的效率。3.2 組合式航空電磁發(fā)射機(jī)控制器設(shè)計(jì)為了更好地實(shí)現(xiàn)幅值追蹤技術(shù)，本文設(shè)計(jì)了組合式的航空電磁發(fā)射機(jī)控制器，控制器由主控電路和輔助電路兩部分組成，其中主控電路核心為FreeScale芯片

第 5 章 電路仿真與實(shí)驗(yàn)測試感 Ld的電感值為 1.03mH，電阻為 0.06Ω；用于濾波作用的電容 C1和鉗位饋能作用的電容 C2的容值分別是 1200μF 和 600μF；用于饋能作用的線圈 Lk的阻值和電感值分別為1Ω和0.1mH；開關(guān)器件VS1~VS5均為從Cree公司官方網(wǎng)站下載的C2M0080120D的 PLECS 模型；此外設(shè)定發(fā)射電流的基本頻率為 25Hz，SiC MOSFET 的調(diào)制頻率為100kHz~1MHz。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P631.325;V248.1

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本文編號(hào)：2696979