專利名稱：淺海底瞬變電磁探測發(fā)射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地球物理測量儀器，尤其是水下或淺海底瞬變電磁探測磁性源發(fā)射裝置。
背景技術(shù)：
地球的表面四分之三被海洋覆蓋，海底蘊(yùn)藏著豐富的資源，地震探測是尋找海底資源的主要方法，但遇到碳酸巖礁、火山巖蓋等地區(qū)，地震方法失效，海洋電磁法就成為一種重要的方法。在灘、淺海，海底電磁探測技術(shù)還可以用來解決海洋工程等問題。海底電磁方法中，大地電磁測深研究比較深入，但其場源強(qiáng)度不可控制，而天然場源具有信號微弱和隨機(jī)性的缺點(diǎn)，采用可控源電磁法的優(yōu)點(diǎn)就在于其發(fā)射場源的可控性，通過發(fā)射機(jī)發(fā)送的頻率和波形可控，達(dá)到的探測深度可以調(diào)整，彌補(bǔ)了天然大地電磁測深和鉆孔以及直流電阻率法之間在探測深度上的不足，另外場源—接收的形式和距離可以控制，故可針對目標(biāo)的性質(zhì)和分布選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ鞣绞?。陸地上進(jìn)行瞬變電磁探測主要是定點(diǎn)測量，航空地球物理方法采用了拖曳測量方式，在空中只受大氣和風(fēng)的影響比較好控制，在水下特別是在海洋中進(jìn)行瞬變電磁探測不能像在陸地上那樣穩(wěn)定的定點(diǎn)測量，由于海水是運(yùn)動的，特別是海底洋流不確定的方向，因此在海洋環(huán)境中就不能像陸地上那樣方便自由，但可以像航空地球物理方法那樣采用拖曳測量的方式進(jìn)行，這就要求海洋瞬變電磁探測能夠作業(yè)船上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控探測，現(xiàn)有在陸地上使用的電磁法發(fā)射機(jī)，采用可控硅橋式輸出電路、操作是通過儀器面板上的鍵盤和按鍵控制。采用這種方式，一方面發(fā)射機(jī)的整體體積與重量大，很難適合在水下密封，另一方面由于可控硅關(guān)斷特性，決定了關(guān)斷時間很難小于50μs，難以在海洋中進(jìn)行瞬變電磁探測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種體積小且輕便，能快速關(guān)斷，用遠(yuǎn)程控制方式實(shí)現(xiàn)對發(fā)射機(jī)的監(jiān)控，并適合水下拖曳的淺海底瞬變電磁探測發(fā)射裝置。
本發(fā)明的目的是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的下位機(jī)3是由主控單元①、驅(qū)動保護(hù)單元②、發(fā)射橋路單元③和電流記錄單元④組成；a、主控單元①包括液晶控制模塊4、波形合成模塊5、數(shù)據(jù)存儲模塊6、通訊模塊7、微處理器8、液晶顯示模塊4和數(shù)據(jù)存儲模塊6占用微處理器8的數(shù)據(jù)總線PA
及控制總線PB
，波形合成模塊5占用PB[2..3]，485通訊模塊7占用串行口總線TXD/RXD；b、驅(qū)動保護(hù)單元②由驅(qū)動/同步信號經(jīng)光耦隔離9、IR2110S驅(qū)動電路10、負(fù)偏壓快關(guān)斷電路13送入橋路單元③，橋路保護(hù)模塊12提供過流過壓保護(hù)，過流過壓狀態(tài)信息經(jīng)光耦隔離9送入主控單元①，驅(qū)動電源模塊11為驅(qū)動電路10和負(fù)偏壓快關(guān)斷電路13提供電源；c、橋路單元③由驅(qū)動橋路功率輸出單元15和發(fā)射線圈18發(fā)送功率信號，緩沖吸收電路16抑制發(fā)射過程中的過沖，取樣電路17對發(fā)射的電流信號取樣，送給橋路保護(hù)模塊12和電流記錄單元④，發(fā)射電源14為發(fā)射電流提供電源；d、電流記錄單元④包括同步時序控制電路19、485通訊模塊20、微處理器21、緩存單元22、高速AD23、采集時序控制邏輯24、前置放大濾波電路25和數(shù)據(jù)暫存單元26，緩存單元22和數(shù)據(jù)暫存單元26占用微處理器21的數(shù)據(jù)總線PA
，同步時序控制電路19占用PB0，485通訊模塊20占用串行口總線TXD/RXD，采集時序控制邏輯24占用控制總線PB[1.3]。
積極效果本發(fā)明采用時間域電磁方法，發(fā)射機(jī)能夠發(fā)射頻率可調(diào)的三種矩形波，在實(shí)際探測中可以選擇輸出電流波形，其頻率范圍為1.25Hz到2.5K可調(diào)，采用橋式逆變快關(guān)斷技術(shù)，發(fā)射機(jī)體積小(20cm×16cm×14cm)，重量為0.25Kg(不附帶發(fā)射電源)，實(shí)際發(fā)射電流大于70A，純阻性負(fù)載下關(guān)斷時間小于3us，適于水下拖曳的淺海底瞬變電磁探測。
附圖及


附圖1是淺海底瞬變電磁探測發(fā)射裝置框圖。
附圖2是附圖1中下位機(jī)3中主控單元①的框圖附圖3是附圖1中下位機(jī)3中驅(qū)動保護(hù)單元②的框圖附圖4是附圖1中下位機(jī)3中發(fā)射橋路單元③的框圖附圖5是附圖1中下位機(jī)3中電流記錄單元④的框圖①主控單元、②驅(qū)動保護(hù)單元、③橋路單元、④電流記錄單元1上位機(jī)，2 485總線，3下位機(jī)，4液晶模塊，5波形合成模塊，6數(shù)據(jù)存儲模塊，7 485通信模塊，8微處理器，9光耦隔離，10驅(qū)動電路，11驅(qū)動電源模塊，12橋路保護(hù)模塊，13負(fù)偏壓快關(guān)斷電路，14發(fā)射電源，15橋路功率輸出單元，16緩沖吸收電路，17取樣電路，18發(fā)射線圈，19同步時序控制電路，20485通訊模塊，21微處理器，22緩存單元，23高速AD，24采集時序控制邏輯，25前置放大濾波電路，26數(shù)據(jù)暫存單元。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明淺海底瞬變電磁探測發(fā)射裝置是由上位機(jī)1和下位機(jī)3兩部分構(gòu)成，上位機(jī)1可以是臺式計算機(jī)，也可以是筆記本電腦，作為淺海底瞬變電磁探測發(fā)射裝置的控制終端。下位機(jī)3為發(fā)射系統(tǒng)，處于水下密封體內(nèi)，整個發(fā)射系統(tǒng)采用485總線方式通訊，微處理器8通過串行口與485通訊模塊7相連，微處理器21通過串行口與485通訊模塊20相連，微處理器8和微處理器21的串行口與RS485電平轉(zhuǎn)換采用SN75176芯片，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)1與主控單元①和電流記錄單元④的通訊，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)1對下位機(jī)3的實(shí)時監(jiān)控。
下位機(jī)3是由主控單元①、驅(qū)動保護(hù)單元②、發(fā)射橋路單元③和電流記錄單元④組成。
主控單元①包括液晶控制模塊4、波形合成模塊5、數(shù)據(jù)存儲模塊6、通訊模塊7、微處理器8、液晶顯示模塊4和數(shù)據(jù)存儲模塊6占用微處理器8的數(shù)據(jù)總線PA
及控制總線PB
，波形合成模塊5占用PB[2..3]，485通訊模塊7占用串行口總線TXD/RXD。
驅(qū)動保護(hù)單元②由驅(qū)動/同步信號經(jīng)光耦隔離9、IR2110S驅(qū)動電路10、負(fù)偏壓快關(guān)斷電路13送入橋路單元③，橋路保護(hù)模塊12提供過流過壓保護(hù)，過流過壓狀態(tài)信息經(jīng)光耦隔離9送入主控單元①，驅(qū)動電源模塊11為驅(qū)動電路10和負(fù)偏壓快關(guān)斷電路13提供電源。
橋路單元③由驅(qū)動橋路功率輸出單元15和發(fā)射線圈18發(fā)送功率信號，緩沖吸收電路16抑制發(fā)射過程中的過沖，取樣電路17對發(fā)射的電流信號取樣，送給橋路保護(hù)模塊12和電流記錄單元④，發(fā)射電源14為發(fā)射電流提供電源。
電流記錄單元④包括同步時序控制電路19、485通訊模塊20、微處理器21、緩存單元22、高速AD23、采集時序控制邏輯24、前置放大濾波電路25和數(shù)據(jù)暫存單元26，緩存單元22和數(shù)據(jù)暫存單元26占用微處理器21的數(shù)據(jù)總線PA
，同步時序控制電路19占用PB0，485通訊模塊20占用串行口總線TXD/RXD，采集時序控制邏輯24占用控制總線PB[1.3]。
主控單元①接收上位機(jī)1的指令，主控單元①采用ATMEL的AT90S8515L微處理器8作為主控制器，對發(fā)射模式和發(fā)射頻率進(jìn)行設(shè)置，同時通過主控單元①的液晶模塊4顯示出來，以便于調(diào)試和系統(tǒng)診斷。通過對波形合成模塊5的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)不同的發(fā)射模式和頻率，提供驅(qū)動和同步信號輸出，系統(tǒng)參數(shù)以及處理數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)存儲模塊6中。為了抑制系統(tǒng)各模塊之間的干擾，在主控單元①與驅(qū)動保護(hù)單元②、橋路單元③、電流記錄單元④之間設(shè)計了光耦隔離9，以減小大功率輸出模塊對控制部分安全性和穩(wěn)定性的影響；隔離后的驅(qū)動和同步信號通過IR2110S驅(qū)動電路10及負(fù)偏壓快關(guān)斷電路13為橋路功率輸出單元15提供快速且?guī)в胸?fù)偏壓的驅(qū)動信號，以加速橋路中的MOSFET快速而可靠的關(guān)斷。為抑制關(guān)斷浪涌電壓和過沖，采用充放電型RCD緩沖吸收電路16，減少器件的開關(guān)損耗，抑制電磁干擾，提高電路的可靠性。為防止系統(tǒng)在工作過程中出現(xiàn)過流現(xiàn)象，從而造成系統(tǒng)的嚴(yán)重?fù)p壞，系統(tǒng)中設(shè)計了橋路保護(hù)模塊12來實(shí)現(xiàn)過流過壓保護(hù)，如果出現(xiàn)過流或過壓情況，通過IR2110S驅(qū)動電路10關(guān)斷驅(qū)動輸出實(shí)現(xiàn)保護(hù)，同時通過光耦隔離9通知主控單元①并傳達(dá)給上位機(jī)1。驅(qū)動電路10采用IR2110S芯片作為驅(qū)動電路的核心芯片，用IRF3205芯片作為開關(guān)元件，組成H橋在IR2110S芯片的驅(qū)動下交替導(dǎo)通，將直流轉(zhuǎn)換成脈沖信號，通過線圈形成瞬變電測探測磁性源。電流功率信號通過發(fā)射線圈18輸出，同時取樣電路17采用串聯(lián)取樣電阻方式對發(fā)射電流取樣，為橋路保護(hù)模塊12和電流記錄單元④提供電流取樣信號，實(shí)時監(jiān)控發(fā)射系統(tǒng)的工作狀態(tài)，為數(shù)據(jù)處理過程中剔除一次場及線圈過渡過程的影響提供發(fā)射電流下降沿波形記錄。
電流記錄單元④對電流信號進(jìn)行高速采集，電流信號經(jīng)過取樣電路17和前置放大濾波電路25后送入高速AD LTC1412 23在采集時序控制邏輯24的控制下完成高速模數(shù)轉(zhuǎn)換后打入高速緩存單元22，然后經(jīng)微處理器21讀取數(shù)據(jù)并完成數(shù)據(jù)處理后存入數(shù)據(jù)暫存單元26。整個采集過程以微處理器21為核心，在同步時序控制電路19的輔助下，通過采集時序控制邏輯24準(zhǔn)確地采集發(fā)射電流波形關(guān)斷沿信號。電流文件、發(fā)射機(jī)狀態(tài)及下降沿電流波形記錄信息通過485通訊模塊20傳送給上位機(jī)1，以便上位機(jī)1的實(shí)時顯示，實(shí)現(xiàn)拖曳過程中對海下發(fā)射機(jī)狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控。
權(quán)利要求
1.一種主要用于海洋或水下進(jìn)行地球物理測量的淺海底瞬變電磁探測發(fā)射裝置，是由上位機(jī)(1)通過485總線(2)與下位機(jī)(3)和終端阻抗匹配構(gòu)成，其特征在于下位機(jī)(3)是由主控單元①、驅(qū)動保護(hù)單元②、發(fā)射橋路單元③和電流記錄單元④組成；a、主控單元①包括液晶控制模塊(4)、波形合成模塊(5)、數(shù)據(jù)存儲模塊(6)、通訊模塊(7)、單片機(jī)(8)和液晶顯示屏，液晶顯示模塊(4)和數(shù)據(jù)存儲模塊(6)占用微處理器(8)的數(shù)據(jù)總線PA
及控制總線PB
，波形合成模塊(5)占用PB[2..3]，485通訊模塊(7)占用串行口總線TXD/RXD；b、驅(qū)動保護(hù)單元②由驅(qū)動/同步信號經(jīng)光耦隔離(9)、IR2110S驅(qū)動電路(10)、負(fù)偏壓快關(guān)斷電路(13)送入橋路單元③，橋路保護(hù)模塊(12)提供過流過壓保護(hù)，過流過壓狀態(tài)信息經(jīng)光耦隔離(9)送入主控單元①，驅(qū)動電源模塊(11)為驅(qū)動電路(10)和負(fù)偏壓快關(guān)斷電路(13)提供電源；c、橋路單元③由驅(qū)動橋路功率輸出單元(15)和發(fā)射線圈(18)發(fā)送功率信號，緩沖吸收電路(16)抑制發(fā)射過程中的過沖，取樣電路(17)對發(fā)射的電流信號取樣，送給橋路保護(hù)模塊12和電流記錄單元④，發(fā)射電源(14)為發(fā)射電流提供電源；d、電流記錄單元④是由同步時序控制電路(19)、485通訊模塊(20)、微處理器(21)、緩存單元(22)、高速AD(23)、采集時序控制邏輯(24)、前置放大濾波電路(25)和數(shù)據(jù)暫存單元(26)構(gòu)成，緩存單元(22)和數(shù)據(jù)暫存單元(26)占用微處理器(21)的數(shù)據(jù)總線PA
，同步時序控制電路(19)占用PB0，485通訊模塊(20)占用串行口總線TXD/RXD，采集時序控制邏輯(24)占用控制總線PB[1.3]。
全文摘要
本發(fā)明公開一種海洋瞬變電磁探測發(fā)射裝置，由上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成。上位機(jī)由PC機(jī)或筆記本電腦作為控制終端，完成對下位機(jī)系統(tǒng)的控制和監(jiān)測，下位機(jī)由主控單元、驅(qū)動保護(hù)單元、橋路單元和電流記錄單元四部分組成，發(fā)射機(jī)能夠發(fā)射頻率可調(diào)的三種矩形波，在實(shí)際探測中可以選擇輸出電流波形，其頻率范圍為1.25Hz到2.5K可調(diào)，不僅能實(shí)現(xiàn)對發(fā)射系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，并能輸出滿足海洋瞬變電磁探測需要的發(fā)射電流，同時大幅度減小了裝置的體積，發(fā)射機(jī)體積小(20cm×16cm×14cm)，重量為0.25Kg，實(shí)際發(fā)射電流大于70A，純阻性負(fù)載下關(guān)斷時間小于3us，適應(yīng)淺海底瞬變電磁探測的需求。
文檔編號G01V3/00GK1773311SQ20051001728
公開日2006年5月17日 申請日期2005年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月14日
發(fā)明者林君, 周國華, 李慧, 周逢道, 劉長勝, 王艷 申請人:吉林大學(xué)