基于阵列逆变充电的核磁共振探水发射装置及工作方法制造方法及图纸

本发明专利技术为一种基于阵列逆变充电的核磁共振探水发射装置及工作方法。PC机，内置有上位机软件对参数进行设置；MCU主控单元与PC机进行通讯，对阵列逆变电源进行控制；FPGA逻辑控制单元，接受所述MCU主控单元的启动命令，产生的具有拉莫尔频率时序通过驱动模块驱动发射桥路，使得发射桥路工作，将高压直流电信号转变成具有当地拉莫尔频率的高压交变电信号；能释单元，通过MCU主控单元控制，连接激发线圈的储能电容组，在发射结束后根据储能电容组中的剩余电量，通过能释单元将剩余电量进行释放。本发明专利技术能够保持每次发射激发电压，还能够在多次叠加后保持初始设定电压，而且在减小体积的同时提高对储能电容组的充电效率。

【技术实现步骤摘要】
基于阵列逆变充电的核磁共振探水发射装置及工作方法
本专利技术属于地球物理勘探设备领域，尤其是一种基于阵列逆变充电的核磁共振探水发射装置及工作方法。
技术介绍
在地面核磁共振找水过程中，发射装置作为激发磁共振场的核心设备之一，具有大功率、精准、快速的发射脉冲等特点，在核磁共振地下探水过程中，一般是通过增大激发脉冲矩来改变探测深度，激发脉冲矩为q＝I0*τp，而I0和τp分别为发射电流脉冲幅值和发射持续时间，发射时间通常是不变的，而增加激发脉冲矩主要靠增加发射电流，也就是增加大功率电源的电压。因此，为了获得更深层的水文信息，就需要发射装置提供更大的电压。而在实际探测过程中，由于探测地点周围电磁环境复杂，噪声干扰严重，就需要进行多次叠加发射，来提高信噪比，进而得到可用的核磁共振信号，但是每次叠加均需要达到较高的发射电压，对储能电容充电均需要数十秒以上的时间。而这样叠加多次，导致每次测量需要长达两个小时左右，这也就严重制约了核磁共振找水仪的效率和方法推广。而一个具有快速持续充电特性的核磁共振发射装置也就成为快速、高效探水的关键。CN102053280A公开了一种带有参考激发线圈的核磁共振地下水探测系统及探测方法。通过多路A/D采集单元采集发射/接收激发线圈中的核磁共振信号以及参考激发线圈中噪声信号的全波形数据，通过计算参考激发线圈采集的噪声信号与核磁共振信号的最大相关性，实现参考激发线圈最佳位置和数量的布设，在信号和噪声统计特性未知的情况下，采用变步长自适应算法，最大限度对消发射/接收激发线圈获得核磁共振信号中的噪声。其在一定程度上实现了多场源噪声干扰下核磁共振信号的提取，有效地解决了居民区核磁共振探测干扰多、多种干扰噪声数据难以分离的问题。CN104216021A公开了一种基于分步式发射的地下核磁共振探测方法。采用的探测装置包括发射激发线圈、发射上位机、下位机、升压电源、储能电容、发射桥路、检测装置以及配谐电容，发射上位机通过串口总线以及通讯接口与下位机相连接，下位机与升压电源连接，升压电源连接储能电容给储能电容充电，同时下位机通过驱动控制电路连接发射桥路后与储能电容相连接，储能电容通过配谐电容连接发射激发线圈相连接，同时储能电容通过检测装置检测电压，检测装置的输出端与下位机相连接，检测装置检测发射激发线圈的电流与下位机相连接，通过对储能电容的一次充电多次发射的模式，提高了探测过程中的工作效率，减少了重复工作耗费的时间。上述专利技术的核磁共振找水发射装置针对特殊的需要和应用场合均具有较高的测量精度和良好的测量效果，但都存在一些不足：带有参考激发线圈的核磁共振地下水探测系统及探测方法中由于其采用传统的单DC-DC电源、单电容充电，故充电效率较低且耗时较长，这就严重制约了核磁找水探测的工作效率。而基于分步式发射的地下核磁共振探测方法，虽然采用一次充电达到设定的发射电压值，但是在多次发射后电量损失十分严重，经过多次发射叠加以后，无法提供足够大的发射电压，而且同样面临着充电缓慢的问题，因此，也就无法快速获取利于反演的核磁共振信号。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种基于阵列逆变充电的核磁共振探水发射装置及工作方法，通过多个中、小型功率阵列电源对电容组进行持续稳定的充电，不仅能够保持每次发射激发电压，还能够在多次叠加后保持初始设定电压，而且在减小体积的同时提高对储能电容组的充电效率。本专利技术是这样实现的，一种基于阵列逆变充电的核磁共振探水发射装置，包括：PC机，内置有上位机软件对发射电压、叠加次数、拉莫尔频率、发射持续时间、能量释放时间等参数进行设置；MCU主控单元，与PC机进行通讯，对阵列逆变电源进行控制，并将电流电压检测模块检测到的发射桥路的电流电压信号传递至PC机；FPGA逻辑控制单元，接受所述MCU主控单元的启动命令，产生的具有拉莫尔频率时序通过驱动模块驱动发射桥路，使得发射桥路工作，将高压直流电信号转变成具有当地拉莫尔频率的高压交变电信号；能释单元，通过MCU主控单元控制，连接激发线圈的储能电容组，在发射结束后根据储能电容组中的剩余电量，通过能释单元将剩余电量进行释放。配谐电容与线圈共同作用，发生串联谐振，产生具有当地拉莫尔频率的交变脉冲信号激发场。进一步地，所述阵列逆变电源包括并联的多个逆变电源模块，所述多个逆变电源模块与电压控制模块的输出连接，同时通过连接的均流控制单元对各个逆变电源模块进行电流均分，通过电流值反馈进行电流实时调节，使得每个逆变电源模块输出的电流基本上相同。进一步地，所述阵列逆变电源通过同步输出模块对储能电容组进行恒流充电。进一步地，逆变电源模块包括：将低压电信号转化为高频交变低压电信号的全桥逆变模块；通过原边端接受高频交变低压电信号，经副边端输出高频高压电信号的高压变压器；对高压变压器的输出电压进行检测的控制模块；通过控制模块的控制对全桥逆变模块进行驱动，使得高压变压器稳定输出高频高压电信号的驱动模块；对高压变压器的输出电压进行整流滤波的整流单元；以及，检测电路，对整流后的恒流输出进行检测并传至均流控制单元进行电流均分调控。进一步地，整流单元转换后的高压电信号通过采样电阻进行电流转换，并进行恒流输出。进一步地，均流控制单元首先对挂载的逆变电源模块数量N进行检测记录，而后根据设定的发射电压与发射装置发射一次后电压差值为VD大小，来决定对储能电容组充电的电流ID大小，以此基准对所有模块进行实时调整，在进行多次叠加发射时形成梯度电流对储能电容充电。一种基于阵列逆变充电的核磁共振探水发射装置的工作方法，1)、将发射装置中的配谐电容6和激发线圈7两端相连；2)、通过PC机软件对发射电压、叠加次数、拉莫尔频率、发射持续时间、能量释放时间等参数进行设置，并经由通信接口传送至MCU主控单元；MCU主控单元对电压参数进行D/A转换，得到驱动电压控制模块控制字节，然后阵列逆变电源开始工作，并实时将电压值反馈给上位机，控制阵列逆变电源的恒流输出值；3)在阵列逆变电源进行工作同时，MCU主控单元通过通信总线启动FPGA逻辑控制单元时序发生部分，FPGA逻辑控制单元产生的具有拉莫尔频率时序来驱动发射桥路驱动模块，使得大功率发射桥路工作，将高压直流电信号转变成具有当地拉莫尔频率的高压交变电信号；4)在发射工作时，电流电压检测模块对发射电流进行实时采集，并且经过取样电阻转换成电压值，将采集回的电压电流值进行A/D转换，经由MCU主控单元反馈回给PC机软件进行实时显示；5)在发射结束后根据储能电容中的剩余电量，通过能释单元将剩余电量进行释放，已达到安全的目的。进一步地，所述阵列逆变电源包括并联的多个逆变电源模块，所述多个逆变电源模块与电压控制模块的输出连接，同时通过连接的均流控制单元对各个逆变电源模块进行电流均分，通过电流值反馈进行电流实时调节，使得每个逆变电源模块输出的电流基本上相同。进一步地，第一组逆变电源模块组将低压电信号通过全桥逆变转化为高频交变低压电信号，送至高压变压器原边端，经过高压变压器后副边端输出高频高压电信号，其中控制模块主要是对变压器的输出电压进行检测，同时调节驱动电路，使得变压器稳定输出高频高压电信号，高频高压电信号经过整流滤波电路后，输出稳定的直流高压电信号，转换后的高压电信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于阵列逆变充电的核磁共振探水发射装置，其特征在于，包括：PC机，内置有上位机软件对发射电压、叠加次数、拉莫尔频率、发射持续时间、能量释放时间等参数进行设置；MCU主控单元，与PC机进行通讯，对阵列逆变电源进行控制，并将电流电压检测模块检测到的发射桥路的电流电压信号传递至PC机；FPGA逻辑控制单元，接受所述MCU主控单元的启动命令，产生的具有拉莫尔频率时序通过驱动模块驱动发射桥路，使得发射桥路工作，将高压直流电信号转变成具有当地拉莫尔频率的高压交变电信号；能释单元，通过MCU主控单元控制，连接激发线圈的储能电容组，在发射结束后根据储能电容组中的剩余电量，通过能释单元将剩余电量进行释放。

【技术特征摘要】
1.一种基于阵列逆变充电的核磁共振探水发射装置，其特征在于，包括：PC机，内置有上位机软件对发射电压、叠加次数、拉莫尔频率、发射持续时间、能量释放时间等参数进行设置；MCU主控单元，与PC机进行通讯，对阵列逆变电源进行控制，并将电流电压检测模块检测到的发射桥路的电流电压信号传递至PC机；FPGA逻辑控制单元，接受所述MCU主控单元的启动命令，产生的具有拉莫尔频率时序通过驱动模块驱动发射桥路，使得发射桥路工作，将高压直流电信号转变成具有当地拉莫尔频率的高压交变电信号；能释单元，通过MCU主控单元控制，连接激发线圈的储能电容组，在发射结束后根据储能电容组中的剩余电量，通过能释单元将剩余电量进行释放。2.按照权利要求1所述的基于阵列逆变充电的核磁共振探水发射装置，其特征在于，所述阵列逆变电源包括并联的多个逆变电源模块，所述多个逆变电源模块与电压控制模块的输出连接，同时通过连接的均流控制单元对各个逆变电源模块进行电流均分，通过电流值反馈进行电流实时调节，使得每个逆变电源模块输出的电流基本上相同。3.按照权利要求1所述的基于阵列逆变充电的核磁共振探水发射装置，其特征在于，所述阵列逆变电源通过同步输出模块对储能电容组进行恒流充电。4.按照权利要求2或3所述的基于阵列逆变充电的核磁共振探水发射装置，其特征在于，逆变电源模块包括：将低压电信号转化为高频交变低压电信号的全桥逆变模块；通过原边端接受高频交变低压电信号，经副边端输出高频高压电信号的高压变压器；对高压变压器的输出电压进行检测的控制模块；通过控制模块的控制对全桥逆变模块进行驱动，使得高压变压器稳定输出高频高压电信号的驱动模块；对高压变压器的输出电压进行整流滤波的整流单元；以及，检测电路，对整流后的恒流输出进行检测并传至均流控制单元进行电流均分调控。5.按照权利要求4所述的基于阵列逆变充电的核磁共振探水发射装置，其特征在于，整流单元转换后的高压电信号通过采样电阻进行电流转换，并进行恒流输出。6.按照权利要求2所述的基于阵列逆变充电的核磁共振探水发射装置，其特征在于，均流控制单元首先对挂载的逆变电源模块数量N进行检测记录，而后根据设定的发射电压与发射装置发射一次后电压差值为VD大小，来决定对储能电容组充电的电流ID大小，以此基准对所有模块进行实时调整，在进行多次叠加发射时形成梯度电流对储能电容充电。7.一种基于阵列逆变充电的核磁共振探水发射装置的工作方法，其特征在于，1)、将发射装置中的配谐电容6和激发线圈7两端相连；2)、通过PC机软件对发射电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：林婷婷，王洪宇，滕飞，谢坤谕，张洋，万玲，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22