感性负载的单极性梯形脉冲电流控制方法及装置制造方法及图纸

一种感性负载的单极性梯形脉冲电流控制方法及装置，适用于瞬变电磁法的发送机在发送线圈中产生脉冲电流，应用于地球物理勘探、无损检测领域。本发明专利技术的方法包括：设定恒流源电流幅值、负载电流幅值，计算恒流电感，设定上升沿钳位电压和下降沿钳位电压，改变上升沿和下降沿斜率，驱动信号合成电路控制开关管的导通和关断，输出单极性梯形脉冲电流。本发明专利技术的装置包括直流电源、恒流电感、恒流源控制电路、感性负载、上升沿恒压钳位电路、下降沿恒压钳位电路、负载电流控制电路、时序控制电路、驱动信号合成电路、驱动电路、电子开关。该发明专利技术的优点是实现了负载电流线性上升，前、后沿对称，负载电流幅值恒定，产生了单极性梯形脉冲电流。

Unipolar trapezoidal pulse current control method and device for inductive load

The utility model relates to a unipolar trapezoidal pulse current control method and a device for an inductive load, which is suitable for a transmitter of a transient electromagnetic method to generate a pulse current in a transmitting coil, and is applied to the field of geophysical exploration and nondestructive testing. The method of the invention comprises: setting the current source of constant amplitude, load current amplitude calculation of constant current inductance, setting rising voltage clamp and clamp voltage drop along the change, rising and falling edge of the slope, the driving signal synthesis circuit control switch and turn off output unipolar trapezoidal pulse current. The device of the invention comprises a DC power supply, constant current, constant current source control circuit inductance, inductive load, rising edge, falling edge of constant voltage clamping circuit and constant voltage clamp circuit, load current control circuit, a timing control circuit, driving signal synthesis circuit, driving circuit, electronic switch. The invention has the advantages that the load current is linearly increased, the front and the rear edges are symmetrical, and the load current amplitude is constant, and a unipolar trapezoidal pulse current is generated.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种感性负载的单极性梯形脉冲电流控制方法及装置，适用于 瞬变电磁法探测的发送机在发送线圈中产生脉冲电流，应用于地球物理勘探、 无损检测领域。
技术介绍
瞬变电磁法是探测地下介质电性参数等信息的重要方法之一，在矿产勘探、 地下水探测、工程监测和土壤盐碱化调査、无损检测等领域具有广阔的应用前 景。瞬变电磁法通常是利用幅值恒定的脉冲电流在地下建立一次磁场，脉冲电 流周期性关断，检测地质体产生的二次磁场，通过分析和处理二次场数据，确 定地下地质结构。目前，瞬变电磁法以发射双极性方波脉冲电流作为激励场源，现有技术也 主要是利用方波脉冲电流的下降沿。采用双极性方波脉冲电流的原因在于，在 正、负向电流关断后，在感应线圈会产生符号相反、大小相等的感应电压，两 次信号相减，可增强信号，并可消除系统零点。实际上，脉冲电流的上升沿也 是可以利用的，如果发射单极性梯形脉冲电流，上升和下降沿同样会在感应线 圈产生符号相反、大小相等的感应电压。采用双极性方波脉冲电流，其利用效 率降低了一半，同时，产生双极性方波脉冲电流需采用全桥结构，功率管数量较多，功耗大，控制较复杂。如果产生单极性梯形脉冲电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种感性负载的单极性梯形脉冲电流控制方法，其特征在于该方法按以下顺序步骤进行：　　（１）．合上开关Ｓ，通过调节时序控制３，调节输出负载电流ｉ↓［ｏ］（ｔ）的频率，负载电流的周期须大于电子开关的开通、关断时间之和；　　（２）．恒流源控制电路６和恒流电感２构成一个恒流源，通过调节恒流源控制电路６中恒流源基准电压电路，设定恒流源电流幅值；　　（３）．调节负载电流控制电路１中负载电流基准电压电路，设定负载电流幅值；　　（４）．时序控制３的输出端、恒流源控制电路６的输出端和负载电流控制设定值Ｉ；　　在ｔ↓［３］～ｔ↓［４］期间：第一开关管Ｊ↓［１］导通，第二开关管Ｊ↓［２］关断，下降沿恒压钳位电路５开始...

【技术特征摘要】
1、一种感性负载的单极性梯形脉冲电流控制方法，其特征在于该方法按以下顺序步骤进行(1).合上开关S，通过调节时序控制3，调节输出负载电流io(t)的频率，负载电流的周期须大于电子开关的开通、关断时间之和；(2).恒流源控制电路6和恒流电感2构成一个恒流源，通过调节恒流源控制电路6中恒流源基准电压电路，设定恒流源电流幅值；(3).调节负载电流控制电路1中负载电流基准电压电路，设定负载电流幅值；(4).时序控制3的输出端、恒流源控制电路6的输出端和负载电流控制电路1的输出端，分别连接到驱动信号合成电路7的输入端，驱动信号合成电路7按驱动信号合成电路真值表1-1完成逻辑运算后，分别输出信号Y1、Y2到驱动电路8的两个输入端，驱动电路8的两个输出端分别连接到第一开关管J1和第二开关管J2的控制端；从而控制开关管的导通和关断，按设定频率输出脉冲电流，并使恒流源输出的电流以及负载电流都稳定在设定值；驱动信号合成电路真值表1-1<tables id=tabl0001 num=0001 wi=169></tables><tables id=tabl0002 num=0002 wi=171></tables>表中1-表示高电平； 0-表示低电平；K0-开关使能时序信号；K1-负载电流周期信号；K2-恒流源控制电路输出信号； K3-负载电流控制电路输出信号；Y1-驱动信号合成电路输出端信号；Y2-驱动信号合成电路另一输出端输出信号；(5).设定上升钳位器件9的恒压钳位电压V1，从而改变发射电流上升沿的斜率，V1远大于VS，使上升沿线性上升，V1须小于所有开关管、所有二极管的最小额定耐压；(6).按公式③设定下降钳位器件10的恒压钳位电压V2，从而改变发射电流下降沿的斜率，使下降沿线性下降；在t0时刻恒流电感2中的电流达到设定值；在t0～t1期间第一开关管J1关断，第二开关管J2导通，恒流源与负载电感接通，负载电流开始上升，上升沿恒压钳位电路4开始工作，给负载提供上升沿恒压钳位电压V1，V1远大于直流电源电压VS，负载电流由零线性上升到I；在t2～t3期间开关使能时序信号K0为高电平1，第一开关管J1、第二开关管J2允许开关动作，负载电流控制电路1中的负载电流采样电路转换io(t)为电压信号，通过和负载电流控制电路1中的负载电流基准电压电路作比较，使第一比较器A1输出控制信号到驱动信号合成电路7，驱动信号合成电路7按驱动信号合成电路真值表1-1完成逻辑运算后，分别输出信号Y1、Y2到驱动电路8的两个输入端，驱动电路8的两个输出端分别输出控制信号到第一开关管J1和第二开关管J2的控制端，使第一开关管J1、第二开关管J2关断或导通，保证负载电流io(t)在设定值I；在t3～t4期间第一开关管J1导通，第二开关管J2关断，下降沿恒压钳位电路5开始工作，给负载提供下降沿恒压钳位电压V2，使负载电流由I线性下降到零；在t0～t2期间开关使能时序信号K0为低电平0，第一开关管J1保持关断状态、第二开关管J2保持导通状态，第一开关管J1和第二开关管J2禁止开关动作，保证数据采集不受电子开关噪声干扰；在t3～t5期间，开关使能时序信号K0为低电平0，第一开关管J1保持导通状态、第二开关管J2保持关断状态，第一开关管J1和第二开关管J2禁止开关动作，保证数据采集不受电子开关噪声干扰；其中钳位器件是指当它经受瞬间的高能量冲击时，能吸收瞬间大电流，把它的两端电压箝制在一个预定的数值上；t0-负载电流开始上升时刻；t1-负载电流上升到I时刻；t2-开关管使能时刻； t3-负载电流开始下降时刻；t4-负载电流下降到零时刻；t5-开关管使能时刻；io(t)-负载电流； I-负载电流幅值；K0-开关使能时序信号；Y1-驱动信号合成电路输出端信号；Y2-驱动信号合成电路另一输出端输出信号；V1-上升沿恒压钳位电压；V2-下降沿恒压钳位电压；(7).计算负载电流下降沿斜率绝对值P1，以下的“斜率”均指斜率的绝对值io(t)由I下降到零的斜率<maths id=math0001 num=0001 ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>P</mi> <mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mo>|</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>di</mi> <mn>0</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mi>dt</mi></mfrac><mo>|</mo><mo>=</mo><mo>|</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>R</mi> <mi>L</mi></msub><mi>I</mi><mo>+</mo><msub> <mi>V</mi> <mn>2</mn></msub> </mrow> <msub><mi>L</mi><mn>1</mn> </msub></mfrac><mo>|</mo> </mrow>]]></math> id=icf0003 file=A2009101909450005C1.tif wi=39 he=11 top= 82 left = 29 img-content=drawing img-format=tif orientation=portrait inline=yes/></maths>①其中RL-负载电阻； L1-负载电感量；I-负载电流幅值； V2-下降沿恒压钳位电压；(8).计算负载电流上升沿斜率P2io(t)由零上升到I的斜率<maths id=math0002 num=0002 ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>P</mi> <mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mo>|</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>di</mi> <mn>0</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mi>dt</mi></mfrac><mo>|</mo><mo>=</mo><mo>|</mo><mfrac> <msub><mi>V</mi><mn>1</mn> </msub> <msub><mi>L</mi><mn>1</mn> </msub></mfrac><mo>|</mo> </mrow>]]></math> id=icf0004 file=A2009101909450005C2.tif wi=29 he=12 top= 154 left = 29 img-content=drawing img-format=tif orientation=portrait inline=yes/></maths>②其中L1-负载电感量；V1-上升沿恒压钳位电压；从①、②两式可知，改变V1或V2的值，使V2＝V1-IRL ③则可实现负载电流上升和下降沿斜率相等；(9).计算负载电流上升、下降时间负载电流上升时间<maths id=math0003 num=0003 ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>t</mi> <mrow><mi>d</mi><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>=</mo><mo>-</mo><mfrac> <msub><mi>L</mi><mn>1</mn> </msub> <msub><mi>R</mi><mi>L</mi> </msub></mfrac><mi>ln</mi><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mfrac><msub> <mi>IR</mi> <mi>L</mi></msub><msub> <mi>V</mi> <mn>1</mn></msub> </mfrac> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math> id=icf0005 file=A2009101909450005C3.tif wi=34 he=10 top= 248 left = 75 img-content=drawing img-format=tif orientation=portrait inline=yes/></maths>④负载电流下降时间<maths id=math0004 num=0004 ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>t</mi> <mrow><mi>d</mi><mn>2</mn> </mrow></msub><mo>=</mo><mo>-</mo><mfrac> <msub><mi>L</mi><mn>1</mn> </msub> <msub><mi>R</mi><mi>L</mi> </msub></mfrac><mi>ln</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><msub> <mi>V</mi> <mn>2</mn></msub><mrow> <msub><mi>V</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>IR</mi><mi>L</mi> </msub></mrow> </mfrac> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math> id=icf0006 file=A2009101909450005C4.tif wi=37 he=10 top= 265 left = 75 img-content=drawing img-format=tif orientation...

【专利技术属性】
技术研发人员：付志红，常承志，刘翔宇，朱学贵，张淮清，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]