一种基于网络的核磁共振探水仪的恒流充放电电源装置制造方法及图纸

本发明专利技术为一种基于网络的核磁共振探水仪的恒流充放电电源装置。包括：PC机通过WiFi与无线路由器模块进行数据传输；经以太网串口数据转换模块与MCU控制模块连接；MCU控制模块实时根据上位机指令产生充放电控制信号，经光电隔离器模块控制产生充放电控制动作，经恒流充电模块对储能电容模块恒流充电，经恒流放电模块对储能电容模块恒流充放电，监控单元模块实时监控储能电容模块和铅酸电池组的电压值。本发明专利技术实现了对储能电容模块自动、快速、稳定恒流充放电；解决了恒压充电、功率电阻放电速度不均衡且不能自动充放电、恒流放电不彻底的问题，并通过WiFi实时上传数据，上位机实时监控电源状态，实现了人机分离，极大方便了上位机对电源的控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地球物理电磁探测领域，尤其是一种基于网络的核磁共振探水仪的恒流充放电电源装置。
技术介绍
核磁共振探测地下水技术(Magnetic Resonance Sounding，MRS)，是目前世界上唯一一种非开挖式直接探测地下水的地球物理新方法，也是目前最为先进和有效的浅层地下水探测方法，它的基本原理是核磁共振原理。核磁共振探测地下水技术就是通过线圈向地下发射一定频率的交变电流，交变的电流产生稳定的磁场，进而在线圈周围产生稳定的极化磁场，水中的氢质子在极化磁场的作用下发生能级跃迁，此时的氢质子如同小磁针受外加磁场的作用，改变了指向，当线圈中发射电流的频率与当地Lamor频率相同时，跃迁的氢质子将出现共振现象，使地下水中氢质子产生能级跃迁，大量的氢质子跃迁到高能级上。当撤去发射电流时，这些高能级氢质子便逐渐回到低能级状态，释放出大量的具有拉莫尔频率的能量子，在地面接收线圈中感应出MRS信号，MRS信号的幅度大小反映了这些氢质子的宏观数量大小，即可探测地下水的存在及含量情况。核磁共振技术进行地下水探测时，主要通过改变激发脉冲矩来改变探测深度。激发脉冲矩是由发射电流脉冲的幅值和发射持续时间决定，发射持续时间通常是不变的，所以增加激发脉冲矩主要靠增加发射电流，也就是增加储能电容模块的电压。因此，研制高速安全可靠操作便捷的大功率开关电源是保证核磁共振探水仪可靠快速运行的关键。而对储能电容通过何种方式进行充电又是核磁共振探水仪开关电源研制的关键。常规的电源模块多采用恒压输出，恒压模式下充电，随时间变化其充电逐渐变慢，而且只能近似等于恒压电源空载时的输出电压，而不能完全达到目标电压值；充电速度受电源内部限流电阻影响，使用越小的电阻充电越快，但储能电容有其可接受的电流限度，所以限流电阻不能选择过小，这就约束了充电速度。常规的放电方式多采用功率电阻放电，功率电阻放电速率将受限于其两端的电压，且阻值较小的功率电阻不能长时间放电、阻值较大的功率电阻放电速度较慢，因此这就影响了核磁共振探水仪储能电容模块的快速放电。CN104009532A公开了一种核磁共振找水仪的快速充放电电源装置，由DC-DC大功率模块产生高电压，DC-DC大功率模块通过防反冲保护电路连接到切换电路模块，切换电路模块的两输出端分别连接第一储能电容以及第二储能电容，电压采集模块采集第一储能电容以及第二储能电容的电压值，并在输出端通过A/D转化器连接MCU控制模块。CN200997000Y公开了一种地面核磁共振找水仪发射装置，用小功率的电池供电获取短时大功率的供电电源，利用H桥电路实现正负交变脉冲发生，激发地下水中氢质子发生核磁共振现象，简化电源设计，同时该装置能够将线圈上残余的发射能量快速吸收，保证了信号接收的有效性，装置结构简单易操作。孙辰公开了一篇核磁共振地下水探测仪开关电源的研制[D].吉林大学，2014，基本实现了核磁共振地下水探测仪充放电功能。以上方法均实现了对核磁共振仪器发射系统的充电功能，但CN104009532A采用两套储能电容，这无疑增加了仪器的体积和重量，且该装置不具有自动放电功能，无法自动将储能电容内的电量释放，因而无法由高激发脉冲矩向低激发脉冲矩自动转变；CN200997000Y采用小功率的电池供电获取短时大功率的供电电源，所采用的充电电源为输出电压可调的小功率小电流输出电源，这样充电速度就非常小，核磁共振探水仪的探测效率就非常低，虽然该装置能够将线圈上残余的发射能量快速吸收，但不具有自动放电功能，因而无法由高激发脉冲矩向低激发脉冲矩自动转变。孙辰公开了的核磁共振地下水探测仪开关电源的研制，基本实现了核磁共振地下水探测仪的充放电功能，但其存在一些缺陷：首先，高压线性稳压电源部分采用七个30mA的恒流二极管串联，由于个体之间的差异性，在高压下，七个30mA恒流二极管会出现分压不均衡的问题，将会导致其中一个或多个二极管分得的电压超过其耐压值，二极管会烧毁，高压线性稳压电源无输出，最终导致无法进行电源模块的恒流放电功能，只能通过功率电阻人工手动放电，高压大容量的电容手动放电将会存在巨大的安全隐患；其次，其恒流放电电路无法将储能电容内部的电流彻底释放完全，只能将电容的电压释放到15V左右，15V以下的电量采用另一放电电路进行放电，这样就使得放电电路过于复杂；再次，其电源模块都是手动控制充放电，无法实现上位机自动控制电源模块的恒流充放电功能；最后，其电源模块不具有电池电压、储能模块电压检测功能，这将无法判断充放电何时停止，甚至会带来储能电容过冲的现象，当超过储能电容的耐压的话，内部储存的电量瞬间释放，储能电容将发生爆炸，会带来严重的后果。
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网络的核磁共振探水仪的恒流充放电电源装置，实现了对储能电容模块自动化的、快速的恒流充放电，放电安全彻底，并通过WiFi实时上传监控数据，实现了人机分离，极大的方便了上位机对系统的控制，解决了对储能电容充放电速度较慢且不均衡、功率电阻放电速度不均匀且不能自动放电、恒流放电不彻底的问题。本专利技术是这样实现的，本专利技术提供了一种基于网络的核磁共振探水仪的恒流充放电电源装置，包括PC机、无线路由器模块、以太网数据转换模块、MCU控制模块、光电隔离器模块、恒流充电模块、恒流放电模块、储能电容模块、铅酸电池组、监控单元模块构成。其中：PC机，搭载LabVIEW控制软件作为人机交互界面，通过无线路由器模块与MCU控制模块进行数据传输，控制核磁共振探水仪的充放电，实时的显示监控单元模块获取的铅酸电池组的电压值和储能电容模块的电压值；无线路由器模块，与PC机之间通过无线WiFi进行数据传输，实现人机分离，PC机不需要随着核磁共振探水仪的移动而变动位置，极大的方便了上位机对系统的操作控制；以太网串口数据转换模块，连接在MCU控制模块与无线路由器模块之间,实现串口与以太网之间的数据互换；MCU控制模块，作为整个系统的二级控制单元，实时根据监控单元模块获取的储能电容模块的电压值与上位机设定的充放电电压值进行比较产生充放电控制信号；监控单元模块，与铅酸电池组及储能电容模块连接，用于采集铅酸电池组和储能电容模块的电压信号，并把采集的电压信号传送给MCU控制模块，MCU控制模块根据监控单元模块的反馈产生相应的充放电指令；光电隔离器模块，连接在MCU控制模块与恒流充电模块以及恒流放电模块之间，将控制电路与大电流、高电压电路的隔离，并根据MCU控制模块的充放电控制信号产生相应的充放电控制动作；储能电容模块，存储发射所需要的电量，储能电容模块作为能量的中转站，为发射瞬间所需的激发脉冲矩提供能量来源；铅酸电池组，为整个系统提供能量来源；恒流充电模块，连接在铅酸电池组与储能电容模块之间，PC机充电指令经无线WiFi传输给无线路由器模块，经以太网串口数据转换模块到达MCU控制模块产生相应的充电控制信号，经光电隔离器模块控制与其连接的继电器切换电路实现铅酸电池组与供电电源模块、全桥逆变电路的连接，恒流充电模块开始工作，为储能电容模块恒流充电；恒流放电模块，连接在光电隔离器模块与储能电容模块之间，PC机的放电指令经无线WiF本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于网络的核磁共振探水仪的恒流充放电电源装置，其特征在于，包括：PC机、无线路由器模块、以太网数据转换模块、MCU控制模块、光电隔离器模块、恒流充电模块、恒流放电模块、储能电容模块、铅酸电池组、监控单元模块构成。其中：PC机，搭载LabVIEW控制软件作为人机交互界面，通过无线路由器模块与MCU控制模块进行数据传输，控制核磁共振探水仪的充放电，实时的显示监控单元模块获取的铅酸电池组的电压值和储能电容模块的电压值；无线路由器模块，与PC机之间通过无线WiFi进行数据传输，实现人机分离，PC机不需要随着核磁共振探水仪的移动而变动位置，极大的方便了上位机对系统的操作控制；以太网串口数据转换模块，连接在MCU控制模块与无线路由器模块之间,实现串口与以太网之间的数据互换；MCU控制模块，作为整个系统的二级控制单元，实时根据监控单元模块获取的储能电容模块的电压值与PC机设定的充放电电压值进行比较产生充放电控制信号；监控单元模块，与铅酸电池组及储能电容模块连接，用于采集铅酸电池组和储能电容模块的电压信号，并把采集的电压信号传送给MCU控制模块，MCU控制模块根据监控单元模块的反馈产生相应的充放电指令；光电隔离器模块，连接在MCU控制模块与恒流充电模块以及恒流放电模块之间，将控制电路与大电流、高电压电路的隔离，并根据MCU控制模块的充放电控制信号产生相应的充放电控制动作；储能电容模块，存储发射所需要的电量，储能电容模块作为能量的中转站，为发射瞬间所需的激发脉冲矩提供能量来源；铅酸电池组，为整个系统提供能量来源；恒流充电模块，连接在铅酸电池组与储能电容模块之间，PC机充电指令经无线WiFi传输给无线路由器模块，经以太网串口数据转换模块到达MCU控制模块产生相应的充电控制信号，经光电隔离器模块控制与其连接的继电器切换电路实现铅酸电池组与供电电源模块、全桥逆变电路的连接，恒流充电模块开始工作，为储能电容模块恒流充电；恒流放电模块，连接在光电隔离器模块与储能电容模块之间，PC机的放电指令经无线WiFi传输给无线路由器模块，经以太网串口数据转换模块到达MCU控制模块产生相应的放电控制信号，经光电隔离器模块控制放电模块的工作，为储能电容模块恒流放电。...

【技术特征摘要】
1.一种基于网络的核磁共振探水仪的恒流充放电电源装置，其特征在于，包括：PC机、无线路由器模块、以太网数据转换模块、MCU控制模块、光电隔离器模块、恒流充电模块、恒流放电模块、储能电容模块、铅酸电池组、监控单元模块构成。其中：PC机，搭载LabVIEW控制软件作为人机交互界面，通过无线路由器模块与MCU控制模块进行数据传输，控制核磁共振探水仪的充放电，实时的显示监控单元模块获取的铅酸电池组的电压值和储能电容模块的电压值；无线路由器模块，与PC机之间通过无线WiFi进行数据传输，实现人机分离，PC机不需要随着核磁共振探水仪的移动而变动位置，极大的方便了上位机对系统的操作控制；以太网串口数据转换模块，连接在MCU控制模块与无线路由器模块之间,实现串口与以太网之间的数据互换；MCU控制模块，作为整个系统的二级控制单元，实时根据监控单元模块获取的储能电容模块的电压值与PC机设定的充放电电压值进行比较产生充放电控制信号；监控单元模块，与铅酸电池组及储能电容模块连接，用于采集铅酸电池组和储能电容模块的电压信号，并把采集的电压信号传送给MCU控制模块，MCU控制模块根据监控单元模块的反馈产生相应的充放电指令；光电隔离器模块，连接在MCU控制模块与恒流充电模块以及恒流放电模块之间，将控制电路与大电流、高电压电路的隔离，并根据MCU控制模块的充放电控制信号产生相应的充放电控制动作；储能电容模块，存储发射所需要的电量，储能电容模块作为能量的中转站，
\t为发射瞬间所需的激发脉冲矩提供能量来源；铅酸电池组，为整个系统提供能量来源；恒流充电模块，连接在铅酸电池组与储能电容模块之间，PC机充电指令经无线WiFi传输给无线路由器模块，经以太网串口数据转换模块到达MCU控制模块产生相应的充电控制信号，经光电隔离器模块控制与其连接的继电器切换电路实现铅酸电池组与供电电源模块、全桥逆变电路的连接，恒流充电模块开始工作，为储能电容模块恒流充电；恒流放电模块，连接在光电隔离器模块与储能电容模块之间，PC机的放电指令经无线WiFi传输给无线路由器模块，经以太网串口数据转换模块到达MCU控制模块产生相应的放电控制信号，经光电隔离器模块控制放电模块的工作，为储能电容模块恒流放电。2.按照权利要求1所述的基于网络的核磁共振探水仪的恒流充放电电源装置，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚新磊，巨长磊，贺岩，孙淑琴，刘婷婷，孙辰，彭良玉，刘东洋，李超，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22