一种双环反馈控制的浅地表磁性源发射机及其控制方法技术

一种双环反馈控制的浅地表磁性源发射机，包括：直流电源、斩波稳流电路、全桥逆变电路、滤波电路、负载线圈、主控制器、电流采样模块、电压采样模块、从控制器，其控制方法包括，主控制器设定工作参数并确定安全电压值；主控制器进行参数采样、处理向斩波稳流电路输出调制信号控制斩波稳流电路开关管的通断时间调节流过负载线圈的电流；并通过从控制器向全桥逆变电路输出调制信号来调节和稳定不同发射频率下流过负载线圈的电流；本发明专利技术在应对不同频率下发射时引入电流反馈、电压反馈的双闭环反馈调节模式，实现低频稳流、高频稳压，避免了单一电源供电时由于宽频带发射造成的低频时负载线圈电流压力过大，高频时线圈发射矩不足的问题。

Double ring feedback controlled shallow surface magnetic source transmitter and control method thereof

Including a double loop feedback control of the surface magnetic source transmitter: DC power supply, chopper circuit, full bridge inverter circuit, filter circuit, load coil, main controller, current sampling module, voltage sampling module, from the controller, the control method includes the main controller, setting working parameters and determine safety voltage value; the main controller parameters for sampling and processing the current flowing through the load off time regulating coil to the chopper regulator circuit output modulation signal control of chopper circuit switch tube pass through; and from the controller to the full bridge inverter circuit output modulated signal to adjust and stabilize the current flowing through the load coil under different frequency; current double closed-loop feedback, voltage feedback the feedback regulation mode into the emission in response to different frequency, low frequency and high frequency current regulator, to avoid When the single power supply is in the low frequency, the load coil current pressure is too large due to the wide band emission, and the emission torque of the coil is not enough at high frequency.

【技术实现步骤摘要】
一种双环反馈控制的浅地表磁性源发射机及其控制方法
本专利技术涉及一种地球物理探测中的电磁法仪器，尤其是适用于浅地表频率域电磁探测,发射脉冲电流频率为几百赫兹到几十千赫兹，发射矩为几安培平方米。
技术介绍
浅地表电磁探测的原理是通过磁性源在探测区域内形成一次场，当探测区域下方有电阻率异常体时，异常体内部形成涡流，产生感应的二次场信号，通过对二次场信号的检测、分析，对浅地表电阻率异常体进行电磁成像。目前该领域应用的发射机为开环发射机，通过直流电源，逆变桥路，滤波电路直接与负载相连。该方法对于单一频率点有较好的效果，但对于几百赫兹到几十千赫兹的宽频电磁发射系统则无法保证频率变换时发射矩的变化，同时无法保证系统安全稳定工作。对于低频段，由于线圈负载呈现感性，当频率较低时，发射电流容易过大，迫使发射线圈横截面增加，才能保证安全工作。对于高频段，由于负载阻抗变大，发射电流急剧减小，容易造成发射矩不足，无法满足探测需求。目前对于配套使用的电磁探测发射机与发射线圈，当需要增大发射矩，或探测范围时，往往需要更换线圈，对于传统的发射机，无法根据发射线圈进行系统的自动调节，保证发射系统稳定，但本专利技术所述的系统，可以通过软件现场更改参数，达到方便调试的效果。
技术实现思路
本专利技术涉及一种地球物理探测中的电磁法仪器，适用于浅地表频率域电磁探测发射脉冲电流频率为几百赫兹到几十千赫兹，发射矩为几安培平方米，目的在于解决由于宽频电磁探测时低频负载电流过大，高频发射矩不足的问题，提供了一种双环反馈控制的浅地表磁性源发射机。本专利技术的另一目的是，提供一种双环反馈控制的浅地表磁性源发射机的控制方法，方便更改发射线圈时的现场参数更改。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种双环反馈控制的浅地表磁性源发射机，其特征在于，包括：直流电源、斩波稳流电路、全桥逆变电路、滤波电路、负载线圈、主控制器、电流采样模块、电压采样模块、从控制器；直流电源经斩波稳流电路、全桥逆变电路、滤波电路与负载线圈连接，斩波稳流电路输出端与电流采样模块相连，滤波电路输出端与电压采样模块相连，负载线圈与电压采样模块并联，电流采样模块、电压采样模块的输出端经主控制器直接与斩波稳流电路连接，主控制器的输出端经从控制器与全桥逆变电路相连。进一步的技术方案包括：斩波稳流电路由开关管VT，二极管D，电感L1和电容C1构成，采用buck降压斩波拓扑结构；全桥逆变电路是由四个开关管V1、开关管V2、开关管V3和开关管V4构成，斩波稳流电路中的电容C1正端与开关管V1和开关管V3的漏极相连，电容C1的负端与开关管V2和开关管V4的源极相连，开关管V1的源极与开关管V2的漏极相连于A点，开关管V3的源极与开关管V4的漏极相连于B点，使开关管V1和开关管V4构成一组桥臂，开关管V2和开关管V3构成一组桥臂，且在开关管V1、开关管V2、开关管V3和开关管V4中的每个开关管两端各自并联一个反馈二极管；滤波电路由滤波电感L2和滤波电容C2组成，滤波电感L2一端与A点相连，滤波电感L2另一端与滤波电容C2正极相连，滤波电容C2负极与B点相连；负载线圈为感性负载，等效为由负载电感L0与负载电阻R0串联组成，并且负载线圈与滤波电路的滤波电容C2并联。主控制器由稳流环路和电压保护及稳压环路组成，稳流环路是由均值计算模块经频率补偿器A和选择控制器与比较器A连接、三角波发生器A与比较器连接构成的，电流采样模块与均值计算模块连接，比较器A与斩波稳流电路连接，选择控制器与从控制器连接；电压保护及稳压环路包括比较器B、频率补偿器B和工作参数设置单元，比较器B、频率补偿器B、工作参数设置单元分别与稳流环路中的选择控制器连接，工作参数设置单元又经过比较器B与稳流环路中的选择控制器连接，比较器B和频率补偿器B又分别和电压采样模块连接。所述的从控制器包括三角波发生器B、比较器、两个反相器和四路输出，三角波发生器B与比较器C连接，比较器C经四路输出与全桥逆变电路中的开关管V1栅极连接，比较器C经四路输出与全桥逆变电路中的开关管V4栅极连接，比较器C经过一个反相器和四路输出与全桥逆变电路中的开关管V2栅极连接，比较器C经过另一个反相器和四路输出与全桥逆变电路中的开关管V3栅极连接，主控制器中的选择控制器与比较器C连接。本专利技术还提供了一种双环反馈控制的浅地表磁性源发射机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：向主控制器的工作参数设置单元设定发射机发射电流值Iset、发射频率f0和发射电流波形，设定发射机最大工作电压Umax，设置选择控制器脉宽调制载波比N1、N2；第二步：主控制器根据设置的参数，确定安全电压值Uset，确定的原则为：Uset为发射机直流电源正常工作电压U和发射机最大工作电压Umax的平均值，取第三步：主控制器通过电压采样模块实时采集滤波电路滤波电容C2处的实际电压值UAV送入电压保护及稳压环路，Uset与UAV送入比较器B，通过比较生成一种脉宽调制信号并送入选择控制器中，UAV通过频率补偿器B传输至选择控制器，通过电流采样模块实时采集流过斩波稳流电路电感L1的电流并送入稳流环路，通过均值计算模块、频率补偿器A得到电流平均值IAV并送入选择控制器，选择控制器根据步骤一中设定的参数，按照设定的控制规则，选择输出正弦信号a和正弦信号b，正弦信号b作为从控制器控制信号发送至从控制器，三角波发生器B根据设定的载波比N1以及公式其中fc1为载波频率即三角波发生器B发出的三角波B的频率，fr1为调制信号频率即正弦信号b频率，确定出三角波B的频率fc1，发出具有相应频率fc1的三角波B，三角波B与从控制器控制信号即正弦信号b共同输入到比较器C，比较器C通过比较，输出PWM调制信号并将PWM调制信号发送至全桥逆变电路，控制全桥逆变电路中开关管V1、开关管V2、开关管V3、开关管V4的各自的导通时间，通过调节上述四个开关管各自的导通时间来调节和稳定不同发射频率下流过负载线圈的电流；第四步：三角波发生器A根据步骤一中设定的载波比N2及公式其中fc2为载波频率即三角波发生器A发出的三角波A的频率，fr2为调制信号频率即正弦信号a频率，确定出三角波A的频率fc2，发出具有相应频率fc2的三角波A，该三角波A与正弦信号a共同输入到A通过比较器A比较，输出PWM调制信号，控制斩波稳流电路开关管VT的导通和关断，从而控制斩波稳流电路输出电压，即全桥逆变电路的母线电压，来间接调节流过负载线圈的电流。进一步的技术方案包括：第三步中所述的设定的控制规则包括：先将输出电压UAV与安全电压Uset进行比较：当UAV大于安全电压值Uset时，主控制器通过电压保护及稳压环路控制磁性源发射机滤波电容C2的输出电压，将其限制在Uset；当UAV小于或等于安全电压值Uset时，则主控制器进行频率检测，对实际发射频率f与设定发射频率f0进行比较：当实际发射频率f大于或等于设定发射频率f0时，通过稳流环路和从控制器控制发射频率f并使其稳定在f0；当实际发射频率f小于设定发射频率f0时，主控制器通过稳流环路控制流过负载线圈电流幅值并使输出电流平均值稳定在Iset。本专利技术与现有技术相比，有益效果在于：本专利技术在应对不同频率下发射时引入电流反馈模式、电压反馈模式的双本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双环反馈控制的浅地表磁性源发射机，其特征在于，包括：直流电源(1)、斩波稳流电路(2)、全桥逆变电路(3)、滤波电路(4)、负载线圈(5)、主控制器(6)、电流采样模块(7)、电压采样模块(8)、从控制器(9)；直流电源(1)经斩波稳流电路(2)、全桥逆变电路(3)、滤波电路(4)与负载线圈(5)连接，斩波稳流电路(2)输出端与电流采样模块(7)相连，滤波电路(4)输出端与电压采样模块(8)相连，负载线圈(5)与电压采样模块(8)并联，电流采样模块(7)、电压采样模块(8)的输出端经主控制器(6)直接与斩波稳流电路(2)连接，主控制器(6)的输出端经从控制器(9)与全桥逆变电路(3)相连。

【技术特征摘要】
1.一种双环反馈控制的浅地表磁性源发射机，其特征在于，包括：直流电源(1)、斩波稳流电路(2)、全桥逆变电路(3)、滤波电路(4)、负载线圈(5)、主控制器(6)、电流采样模块(7)、电压采样模块(8)、从控制器(9)；直流电源(1)经斩波稳流电路(2)、全桥逆变电路(3)、滤波电路(4)与负载线圈(5)连接，斩波稳流电路(2)输出端与电流采样模块(7)相连，滤波电路(4)输出端与电压采样模块(8)相连，负载线圈(5)与电压采样模块(8)并联，电流采样模块(7)、电压采样模块(8)的输出端经主控制器(6)直接与斩波稳流电路(2)连接，主控制器(6)的输出端经从控制器(9)与全桥逆变电路(3)相连。2.根据权利要求1所述的一种双环反馈控制的浅地表磁性源发射机，其特征在于，斩波稳流电路(2)由开关管VT，二极管D，电感L1和电容C1构成，采用buck降压斩波拓扑结构；全桥逆变电路(3)是由四个开关管V1、开关管V2、开关管V3和开关管V4构成，斩波稳流电路(2)中的电容C1正端与开关管V1和开关管V3的漏极相连，电容C1的负端与开关管V2和开关管V4的源极相连，开关管V1的源极与开关管V2的漏极相连于A点，开关管V3的源极与开关管V4的漏极相连于B点，使开关管V1和开关管V4构成一组桥臂，开关管V2和开关管V3构成一组桥臂，且在开关管V1、开关管V2、开关管V3和开关管V4中的每个开关管两端各自并联一个反馈二极管；滤波电路(4)由滤波电感L2和滤波电容C2组成，滤波电感L2一端与A点相连，滤波电感L2另一端与滤波电容C2正极相连，滤波电容C2负极与B点相连；负载线圈(5)为感性负载，等效为由负载电感L0与负载电阻R0串联组成，并且负载线圈(5)与滤波电路(4)的滤波电容C2并联。3.根据权利要求2所述的一种双环反馈控制的浅地表磁性源发射机，其特征在于，主控制器(6)由稳流环路(6-A)和电压保护及稳压环路(6-B)组成，稳流环路(6-A)是由均值计算模块(6-1)经频率补偿器A(6-2)和选择控制器(6-3)与比较器A(6-5)连接、三角波发生器A(6-4)与比较器连接构成的，电流采样模块(7)与均值计算模块(6-1)连接，比较器A(6-5)与斩波稳流电路(2)连接，选择控制器(6-3)与从控制器(9)连接；电压保护及稳压环路(6-B)包括比较器B(6-6)、频率补偿器B(6-7)和工作参数设置单元(6-8)，比较器B(6-6)、频率补偿器B(6-7)、工作参数设置单元(6-8)分别与稳流环路(6-A)中的选择控制器(6-3)连接，工作参数设置单元(6-8)又经过比较器B(6-6)与稳流环路(6-A)中的选择控制器(6-3)连接，比较器B(6-6)和频率补偿器B(6-7)又分别和电压采样模块(8)连接。4.根据权利要求3所述的一种双环反馈控制的浅地表磁性源发射机，其特征在于，所述的从控制器(9)包括三角波发生器B(9-1)、比较器(9-3)、两个反相器和四路输出(9-4)，三角波发生器B(9-1)与比较器C(9-3)连接，比较器C(9-3)经四路输出(9-4)与全桥逆变电路(3)中的开关管V1栅极连接，比较器C(9-3)经四路输出(9-4)与全桥逆变电路(3)中的开关管V4栅极连接，比较器C(9-3)经过一个反相器和四路输出(9-4)与全桥逆变电路(3)中的开关管V2栅极连接，比较器C(9-3)经过另一个反相器和四路输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：周逢道，郭英杰，连士博，孙彩堂，李刚，代友，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22