《便携式瞬变电磁发射机设计毕业设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《便携式瞬变电磁发射机设计毕业设计（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中文摘要瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Method ,TEM)是 探测地下未知物体电性参数的重要方式之一。随着经济的进展、 社会的进步，地下矿产资源变得愈来愈紧缺，愈来愈多的问题亟 待解决，而随着此刻仪器变得愈来愈数字化和智能化，这些问题 几乎都能够用瞬变电磁法来解决，专门是近几年来在地下水探测、 地质调查等领域都发挥了专门大的作用。目前几乎涉及了地球物 理勘探的各个领域包括海洋和空中，可见已成为重要的地球物理 勘探方式之一。本设计要紧分为两个组成部份：FPGA操纵部份和H型桥路部 份。其中FPGA操纵部份包括：内部电源部份、模数转换部份、操 纵信号驱动电路部
2、份；H型桥路部份包括：驱动电路部份、光电隔 离电路部份、由MOSFET管组成的H桥部份。大体工作进程是：由FPGA 产生脉冲操纵信号，该信号通过ULN2803达林顿管进行驱动放大， 放大后的操纵信号能够操纵由MOSFET组成的H型桥路，再通过 6N137光电隔离模块和IR2102S驱动电路的作用，在发射线圈中就 能够够取得想要的脉冲发射电流。通过实验能够证明，本设计发射机的发射线圈尺寸较小面积 仅为平方米，发射电流较大能够达到30A，关断延迟时刻短能够小 于50微秒，而且实现了多个桥路的并联叠加，达到了设计的要求。关键词：瞬变电磁法,桥路并联,便携，发射机外文摘要Title Portable
3、transient electromagnetic transmitterAbstractThe Transient Electromagnetic Method(TEM) is one of the important ways used to detect the electrical parameters of the unknown underground objects. As the instruments become digital, intelligent and the increasing of power, the TEM can solve more and more
4、 problems, it has a wide application prospect in mineral exploration, groundwater exploration, archaeology and geological survey, etc. In recent years it has a positive impact especially in groundwater exploration, soil salinity survey and so on. Now it almost involves all of the fields of geophysic
5、al exploration including the ocean and the air, it has become one of the important geophysical exploration methods visibly.This design is mainly composed of two major components: FPGA control part and bridge section. Among them, the FPGA control part mainly includes: FPGA power supply module, AD mod
6、ule and driver module; the bridge part mainly includes: driver module, photoelectric isolation module and bridge module composed of MOSFET devices. The basic work process is: the FPGA produces impulse control signal, and then through the ULN2803 driven amplifier, then the signal was sent to 6N137 ph
7、otoelectric isolated module, after that the launch bridge road is driven by IR2102S, then we can get the pulse waveform from the coil at the output side of the bridge road .The experiments show that the control system of the design has perfect functions, the launch coil has small size, large launch
8、current, short time delay for shutting off and other characteristics, it realizes the superposition of multiple bridge roads, it has high reliability and meets the design requirements, and it can well satisfy the needs of the field detections.Keywords: Transient electromagnetic method, superposition
9、 of bridge roads, portable, transmitter目录第1章绪论1本课题的研究背景及意义1瞬变电磁法工作原理 1瞬变电磁发射机要紧工作原理4本论文研究内容6第2章FPGA操纵电路设计7电源电路设计7FPGA内部电源设计 8AD转换电路设计8驱动电路设计9FPGA操纵信号软件设计9本章小结12第3章 发射桥路设计13驱动电路设计13光电隔离模块设计13发射桥路设计14吸收电路设计15本章总结15第4章 本设计发射机实验结果分析16加拿大Geonics公司PROTEM瞬变电磁仪 16本设计发射机要紧指标16仪器的整体调试16单个发射桥路实验结果17桥路1与桥路2并联实验
10、结果 18发射桥路关断沿波形19本章小结20总结21参考文献22致谢24图1外接电源电路图25图2 FPGA操纵电路原理图 26图3发射桥路要紧电路图27第1 章 绪论1.1 本课题的研究背景及意义在瞬变电磁仪器研发方面，1953年第一个专利被Newmon t勘探 公司申请，1962年科研工作者研制出了第一台瞬变电磁仪器，1972 年Lamon tagne研制出了 UTEM 1型瞬变电磁仪器，1974年Crone公 司推出了偶极系统的商品仪器，1977年CSIR O研制出了 SIROTEMI 型仪器，1980年Geonics研制出了 EM37型仪器等。从70年代开始, 我国开始对瞬变电磁仪器的
11、野外应用进行研究，在80年代研制出 WDC系列瞬变电磁仪，90年代研制出SD-2型仪器，2001年研制出 ATEM II型瞬变电磁仪，而且都取得了良好的应用成效。随着此刻的仪器变得愈来愈数字化和智能化，愈来愈多的问 题能够用瞬变电磁法来解决，专门是近几年来在地下水探测、地 质调查等领域起到良好的作用，目前几乎涉及了地球物理勘探的 各个领域包括海洋和空中，可见已成为重要的地球物理勘探方式 之一。本设计的目的在于冲破原有的技术，设计出更便携、发射 电流相对更大、性能更稳固的瞬变电磁发射机。1.2 瞬变电磁法工作原理瞬变电磁法(Transien t Elec tromagne tic Met hod
12、s )是最近 几年来进展最快的勘探方式之一，关于瞬变电磁法的相关应用早 在30年代就被科学家提出，50年代开始才被应用于资源勘探，在 很多领域都取得了良好的应用成效。80 年代初开始，我国对瞬变 电磁法的理论及野外实验研究都投入了大量工作，并取得了必然 研究功效。瞬变电磁法是利用发射线圈向地下发射一次脉冲电流，那个电 流能够在地下感应出稳固的磁场，当脉冲发射电流关闭后，在地 下介质中会产生一个涡流，涡流的大小和地下介质导电性等参数 有关。在该涡流消失之前会有一个过渡进程，该进程中会产生向 地表传播的磁场，那个转变的磁场在地面接收线圈中转化为感应 电压的转变，通过反演处置咱们能够明白地下未知介质
13、的参数。瞬变电磁法的探测原理如下图，X轴代表地面，地表接收线圈 中的二次电磁场是由地下感应出的涡流产生的，那个涡流同时向 外和向下扩散，形状就像一个“烟圈”，因此瞬变电磁的工作原理 又能够用“烟圈效应”来形象地描述。随时刻的转变，涡流的散 布将受到地下介质参数的阻碍，因此能够用初期的二次电磁场分 析浅层地下未知介质参数，用晚期的二次电磁场分析深层地下未 知介质的参数。因此，通过对瞬变电磁场随时刻转变规律的研究， 咱们就能够够达到了解地下介质参数的目的，这确实是瞬变电磁 法的工作原理。依照电磁感应原理可知，本地面发射线圈中的脉冲发射电流突 然关闭时，在发射线圈周围就会感应出一次磁场，当一次磁场在
14、 地下导电介质中传播时，会在介质中产生感应电流，那个电流被 称为二次电流，感应进程如下图。随着时刻的转变，在二次电流 向别传播的进程中会产生感应磁场，那个磁场被称为二次磁场。 二次电流传播进程中感应出的二次磁场是随时刻大致按指数规律 衰减的，衰减规律如下图。二次场要紧由地下良导电体中的二次 电流感应而来，因此通过接收线圈对二次场的数据搜集，和后期 对接收数据的处置，就能够够明白地下介质的物理参数。图 瞬变电磁法工作示用意当把一个圆柱形螺线管线圈放到转变的磁场中时，在线圈中就会产生相应的感应电动势V(t),假设线圈匝数为N,横截面积为S, 真空磁导率为冲，螺线管长度为*，那么感应电动势V(t)的
15、大小为:煮识陀沪由以上两个公式和可知，在同意线圈中的感应电动势V(t)值的大小能 够反映一次磁场和二次磁场，因此，通过对感应电动势的数据处 置，能够取得二次场曲线，通过对二次场曲线分析就能够明白地 下未知介质的参数。瞬变电磁发射机要紧工作原理一样情形下，发射机的发射功率越大它的应用范围越广，同 时体积和重量也会越大，这使得瞬变电磁法的应用又有了局限， 因此，在知足发射机功率的前提下减少发射机的体积和重量一直 是咱们追求的目标。本设计采纳由MOSFET组成的桥式发射电路, 通过发射桥路的并联叠加，能够在小发射线圈的前提下实现大功 率发射，如此就可解决上述矛盾。关于瞬变电磁发射机，人们最关注的往往
16、是最大发射电压、 最大发射电流、额定发射功率、关断延迟时刻、与接收机同步等 几个方面。其中，发射功率与有效探测深度有关，关断延迟时刻 与浅层探测精度有关。因此，本设计希望能实现发射功率较大、 关断延迟时刻较短、发射线圈面积较小、重量较轻等功能的便携 式瞬变电磁发射机。发射机的要紧组成部份如下图，包括外接蓄电池、发射桥路、 FPGA操纵电路、发射线圈等部份。可能工作进程是：由FPGA产生 脉冲操纵信号，通过ULN2803进行驱动放大，放大后的操纵信号被 送到由MOSFET组成的H型发射桥路，再通过6N137光电隔离模块和 IR2102S驱动电路的作用，在发射线圈中就能够够取得想要的脉冲 发射电流。图 瞬变电磁发射机要紧原理框
