一種基于網(wǎng)絡(luò)的核磁共振探水儀的恒流充放電電源裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種基于網(wǎng)絡(luò)的核磁共振探水儀的恒流充放電電源裝置。包括：PC機(jī)通過(guò)WiFi與無(wú)線路由器模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；經(jīng)以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊與MCU控制模塊連接；MCU控制模塊實(shí)時(shí)根據(jù)上位機(jī)指令產(chǎn)生充放電控制信號(hào)，經(jīng)光電隔離器模塊控制產(chǎn)生充放電控制動(dòng)作，經(jīng)恒流充電模塊對(duì)儲(chǔ)能電容模塊恒流充電，經(jīng)恒流放電模塊對(duì)儲(chǔ)能電容模塊恒流充放電，監(jiān)控單元模塊實(shí)時(shí)監(jiān)控儲(chǔ)能電容模塊和鉛酸電池組的電壓值。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)儲(chǔ)能電容模塊自動(dòng)、快速、穩(wěn)定恒流充放電；解決了恒壓充電、功率電阻放電速度不均衡且不能自動(dòng)充放電、恒流放電不徹底的問(wèn)題，并通過(guò)WiFi實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)，上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控電源狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)分離，極大方便了上位機(jī)對(duì)電源的控制。
【專利說(shuō)明】
一種基于網(wǎng)絡(luò)的核磁共振探水儀的恒流充放電電源裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及地球物理電磁探測(cè)領(lǐng)域，尤其是一種基于網(wǎng)絡(luò)的核磁共振探水儀的恒流充放電電源裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]核磁共振探測(cè)地下水技術(shù)(Magnetic Resonance Sounding，MRS)，是目前世界上唯一一種非開挖式直接探測(cè)地下水的地球物理新方法，也是目前最為先進(jìn)和有效的淺層地下水探測(cè)方法，它的基本原理是核磁共振原理。核磁共振探測(cè)地下水技術(shù)就是通過(guò)線圈向地下發(fā)射一定頻率的交變電流，交變的電流產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，進(jìn)而在線圈周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的極化磁場(chǎng)，水中的氫質(zhì)子在極化磁場(chǎng)的作用下發(fā)生能級(jí)躍迀，此時(shí)的氫質(zhì)子如同小磁針受外加磁場(chǎng)的作用，改變了指向，當(dāng)線圈中發(fā)射電流的頻率與當(dāng)?shù)豅amor頻率相同時(shí)，躍迀的氫質(zhì)子將出現(xiàn)共振現(xiàn)象，使地下水中氫質(zhì)子產(chǎn)生能級(jí)躍迀，大量的氫質(zhì)子躍迀到高能級(jí)上。 當(dāng)撤去發(fā)射電流時(shí)，這些高能級(jí)氫質(zhì)子便逐漸回到低能級(jí)狀態(tài)，釋放出大量的具有拉莫爾頻率的能量子，在地面接收線圈中感應(yīng)出MRS信號(hào)，MRS信號(hào)的幅度大小反映了這些氫質(zhì)子的宏觀數(shù)量大小，即可探測(cè)地下水的存在及含量情況。
[0003]核磁共振技術(shù)進(jìn)行地下水探測(cè)時(shí)，主要通過(guò)改變激發(fā)脈沖矩來(lái)改變探測(cè)深度。激發(fā)脈沖矩是由發(fā)射電流脈沖的幅值和發(fā)射持續(xù)時(shí)間決定，發(fā)射持續(xù)時(shí)間通常是不變的，所以增加激發(fā)脈沖矩主要靠增加發(fā)射電流，也就是增加儲(chǔ)能電容模塊的電壓。因此，研制高速安全可靠操作便捷的大功率開關(guān)電源是保證核磁共振探水儀可靠快速運(yùn)行的關(guān)鍵。而對(duì)儲(chǔ)能電容通過(guò)何種方式進(jìn)行充電又是核磁共振探水儀開關(guān)電源研制的關(guān)鍵。
[0004]常規(guī)的電源模塊多采用恒壓輸出，恒壓模式下充電，隨時(shí)間變化其充電逐漸變慢， 而且只能近似等于恒壓電源空載時(shí)的輸出電壓，而不能完全達(dá)到目標(biāo)電壓值;充電速度受電源內(nèi)部限流電阻影響，使用越小的電阻充電越快，但儲(chǔ)能電容有其可接受的電流限度，所以限流電阻不能選擇過(guò)小，這就約束了充電速度。
[0005]常規(guī)的放電方式多采用功率電阻放電，功率電阻放電速率將受限于其兩端的電壓，且阻值較小的功率電阻不能長(zhǎng)時(shí)間放電、阻值較大的功率電阻放電速度較慢，因此這就影響了核磁共振探水儀儲(chǔ)能電容模塊的快速放電。
[0006]CN104009532A公開了一種核磁共振找水儀的快速充放電電源裝置，由DC-DC大功率模塊產(chǎn)生高電壓，DC-DC大功率模塊通過(guò)防反沖保護(hù)電路連接到切換電路模塊，切換電路模塊的兩輸出端分別連接第一儲(chǔ)能電容以及第二儲(chǔ)能電容，電壓采集模塊采集第一儲(chǔ)能電容以及第二儲(chǔ)能電容的電壓值，并在輸出端通過(guò)A/D轉(zhuǎn)化器連接MCU控制模塊。
[0007]CN200997000Y公開了一種地面核磁共振找水儀發(fā)射裝置，用小功率的電池供電獲取短時(shí)大功率的供電電源，利用H橋電路實(shí)現(xiàn)正負(fù)交變脈沖發(fā)生，激發(fā)地下水中氫質(zhì)子發(fā)生核磁共振現(xiàn)象，簡(jiǎn)化電源設(shè)計(jì)，同時(shí)該裝置能夠?qū)⒕€圈上殘余的發(fā)射能量快速吸收，保證了信號(hào)接收的有效性，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易操作。
[0008]孫辰公開了一篇核磁共振地下水探測(cè)儀開關(guān)電源的研制[D].吉林大學(xué)，2014,基本實(shí)現(xiàn)了核磁共振地下水探測(cè)儀充放電功能。
[0009]以上方法均實(shí)現(xiàn)了對(duì)核磁共振儀器發(fā)射系統(tǒng)的充電功能，但CN104009532A采用兩套儲(chǔ)能電容，這無(wú)疑增加了儀器的體積和重量，且該裝置不具有自動(dòng)放電功能，無(wú)法自動(dòng)將儲(chǔ)能電容內(nèi)的電量釋放，因而無(wú)法由高激發(fā)脈沖矩向低激發(fā)脈沖矩自動(dòng)轉(zhuǎn)變； CN200997000Y采用小功率的電池供電獲取短時(shí)大功率的供電電源，所采用的充電電源為輸出電壓可調(diào)的小功率小電流輸出電源，這樣充電速度就非常小，核磁共振探水儀的探測(cè)效率就非常低，雖然該裝置能夠?qū)⒕€圈上殘余的發(fā)射能量快速吸收，但不具有自動(dòng)放電功能， 因而無(wú)法由高激發(fā)脈沖矩向低激發(fā)脈沖矩自動(dòng)轉(zhuǎn)變。
[0010]孫辰公開了的核磁共振地下水探測(cè)儀開關(guān)電源的研制，基本實(shí)現(xiàn)了核磁共振地下水探測(cè)儀的充放電功能，但其存在一些缺陷:首先，高壓線性穩(wěn)壓電源部分采用七個(gè)30mA的恒流二極管串聯(lián)，由于個(gè)體之間的差異性，在高壓下，七個(gè)30mA恒流二極管會(huì)出現(xiàn)分壓不均衡的問(wèn)題，將會(huì)導(dǎo)致其中一個(gè)或多個(gè)二極管分得的電壓超過(guò)其耐壓值，二極管會(huì)燒毀，高壓線性穩(wěn)壓電源無(wú)輸出，最終導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行電源模塊的恒流放電功能，只能通過(guò)功率電阻人工手動(dòng)放電，高壓大容量的電容手動(dòng)放電將會(huì)存在巨大的安全隱患;其次，其恒流放電電路無(wú)法將儲(chǔ)能電容內(nèi)部的電流徹底釋放完全，只能將電容的電壓釋放到15V左右，15V以下的電量采用另一放電電路進(jìn)行放電，這樣就使得放電電路過(guò)于復(fù)雜;再次，其電源模塊都是手動(dòng)控制充放電，無(wú)法實(shí)現(xiàn)上位機(jī)自動(dòng)控制電源模塊的恒流充放電功能;最后，其電源模塊不具有電池電壓、儲(chǔ)能模塊電壓檢測(cè)功能，這將無(wú)法判斷充放電何時(shí)停止，甚至?xí)?lái)儲(chǔ)能電容過(guò)沖的現(xiàn)象，當(dāng)超過(guò)儲(chǔ)能電容的耐壓的話，內(nèi)部?jī)?chǔ)存的電量瞬間釋放，儲(chǔ)能電容將發(fā)生爆炸，會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的后果。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種基于網(wǎng)絡(luò)的核磁共振探水儀的恒流充放電電源裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)儲(chǔ)能電容模塊自動(dòng)化的、快速的恒流充放電，放電安全徹底，并通過(guò)wiFi實(shí)時(shí)上傳監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)分離，極大的方便了上位機(jī)對(duì)系統(tǒng)的控制，解決了對(duì)儲(chǔ)能電容充放電速度較慢且不均衡、功率電阻放電速度不均勻且不能自動(dòng)放電、恒流放電不徹底的問(wèn)題。
[0012]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明提供了一種基于網(wǎng)絡(luò)的核磁共振探水儀的恒流充放電電源裝置，包括PC機(jī)、無(wú)線路由器模塊、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、MCU控制模塊、光電隔離器模塊、恒流充電模塊、恒流放電模塊、儲(chǔ)能電容模塊、鉛酸電池組、監(jiān)控單元模塊構(gòu)成。其中:
[0013]PC機(jī)，搭載LabVIEW控制軟件作為人機(jī)交互界面，通過(guò)無(wú)線路由器模塊與MCU控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，控制核磁共振探水儀的充放電，實(shí)時(shí)的顯示監(jiān)控單元模塊獲取的鉛酸電池組的電壓值和儲(chǔ)能電容模塊的電壓值；
[0014]無(wú)線路由器模塊，與PC機(jī)之間通過(guò)無(wú)線WiFi進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)人機(jī)分離，PC機(jī)不需要隨著核磁共振探水儀的移動(dòng)而變動(dòng)位置，極大的方便了上位機(jī)對(duì)系統(tǒng)的操作控制；
[0015]以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，連接在MCU控制模塊與無(wú)線路由器模塊之間，實(shí)現(xiàn)串口與以太網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)互換；
[0016]MCU控制模塊，作為整個(gè)系統(tǒng)的二級(jí)控制單元，實(shí)時(shí)根據(jù)監(jiān)控單元模塊獲取的儲(chǔ)能電容模塊的電壓值與上位機(jī)設(shè)定的充放電電壓值進(jìn)行比較產(chǎn)生充放電控制信號(hào)；
[0017]監(jiān)控單元模塊，與鉛酸電池組及儲(chǔ)能電容模塊連接，用于采集鉛酸電池組和儲(chǔ)能電容模塊的電壓信號(hào)，并把采集的電壓信號(hào)傳送給MCU控制模塊，MCU控制模塊根據(jù)監(jiān)控單元模塊的反饋產(chǎn)生相應(yīng)的充放電指令；
[0018]光電隔離器模塊，連接在MCU控制模塊與恒流充電模塊以及恒流放電模塊之間，將控制電路與大電流、高電壓電路的隔離，并根據(jù)MCU控制模塊的充放電控制信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的充放電控制動(dòng)作；
[0019]儲(chǔ)能電容模塊，存儲(chǔ)發(fā)射所需要的電量，儲(chǔ)能電容模塊作為能量的中轉(zhuǎn)站，為發(fā)射瞬間所需的激發(fā)脈沖矩提供能量來(lái)源；
[0020]鉛酸電池組，為整個(gè)系統(tǒng)提供能量來(lái)源；
[0021]恒流充電模塊，連接在鉛酸電池組與儲(chǔ)能電容模塊之間，PC機(jī)充電指令經(jīng)無(wú)線 WiFi傳輸給無(wú)線路由器模塊，經(jīng)以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊到達(dá)MCU控制模塊產(chǎn)生相應(yīng)的充電控制信號(hào)，經(jīng)光電隔離器模塊控制與其連接的繼電器切換電路實(shí)現(xiàn)鉛酸電池組與供電電源模塊、全橋逆變電路的連接，恒流充電模塊開始工作，為儲(chǔ)能電容模塊恒流充電；
[0022]恒流放電模塊，連接在光電隔離器模塊與儲(chǔ)能電容模塊之間，PC機(jī)的放電指令經(jīng)無(wú)線WiFi傳輸給無(wú)線路由器模塊，經(jīng)以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊到達(dá)MCU控制模塊產(chǎn)生相應(yīng)的放電控制信號(hào)，經(jīng)光電隔離器模塊控制放電模塊的工作，為儲(chǔ)能電容模塊恒流放電。
[0023]進(jìn)一步地，所述的儲(chǔ)能電容模塊是由多個(gè)大容量?jī)?chǔ)能電容并聯(lián)組成；核磁共振探水儀在探測(cè)地下水過(guò)程中，發(fā)射過(guò)程用時(shí)非常短，發(fā)射系統(tǒng)瞬間產(chǎn)生能量較高的激發(fā)脈沖矩，需要容量較大的儲(chǔ)能電容，單個(gè)儲(chǔ)能電容無(wú)法滿足容量要求，一般采用多個(gè)大容量?jī)?chǔ)能電容并聯(lián)組成儲(chǔ)能電容模塊且儲(chǔ)能電容模塊的耐壓要高于電源模塊的最大輸出電壓。
[0024]進(jìn)一步地，所述恒流充電模塊，包括繼電器切換電路、供電電源模塊、全橋逆變電路、驅(qū)動(dòng)電路、PWM輸出電路、反饋調(diào)節(jié)電路、電流互感器、高頻變壓器以及整流濾波電路，
[0025]MRS儀器的工作效率主要由儲(chǔ)能電容的充放電速度決定著，因此最關(guān)鍵的為實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能電容模塊進(jìn)行快速的充電；恒壓模式下充電，隨時(shí)間變化其充電逐漸變慢，而且只能近似等于恒壓電源空載時(shí)的輸出電壓，而不能完全達(dá)到目標(biāo)電壓值;充電速度受電源內(nèi)部限流電阻影響，使用越小的電阻充電越快，但儲(chǔ)能電容有其可接受的電流限度，所以限流電阻不能選擇過(guò)小，這就約束了充電速度。核磁共振探水儀的工作效率主要就取決于激發(fā)脈沖電壓準(zhǔn)備時(shí)間，為提高核磁共振探水儀的工作效率，核磁共振地下水探測(cè)系統(tǒng)采用恒流源對(duì)儲(chǔ)能電容模塊進(jìn)行充電。本發(fā)明就是一種基于網(wǎng)絡(luò)的核磁共振探水儀的恒流充放電電源裝置，當(dāng)達(dá)到充電設(shè)置的電壓后停止充電，然后核磁共振探水儀使用儲(chǔ)能電容中的能量進(jìn)行發(fā)射。
[0026]繼電器切換電路連接光電隔離器模塊、全橋逆變電路、供電電源模塊以及鉛酸電池組，上位機(jī)充電指令經(jīng)無(wú)線WiFi傳輸給無(wú)線路由器模塊，經(jīng)以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊到達(dá)MCU控制模塊產(chǎn)生相應(yīng)的充電控制信號(hào)，經(jīng)光電隔離器模塊控制與其連接的繼電器切換電路實(shí)現(xiàn)鉛酸電池組與供電電源模塊、全橋逆變電路連接，恒流充電模塊開始工作，為儲(chǔ)能電容模塊恒流充電；
[0027]供電電源模塊為驅(qū)動(dòng)電路、PWM輸出電路、反饋調(diào)節(jié)電路、提供所需要的工作電壓； [〇〇28]電流互感器與高頻變壓器、反饋調(diào)節(jié)電路連接，電流互感器把高頻變壓器的大電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)樾‰娏餍盘?hào)通過(guò)反饋調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)13??波形的占空比，經(jīng)13??輸出電路輸出PWM，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制全橋逆變電路的通斷;經(jīng)高頻變壓器、整流濾波電路，對(duì)儲(chǔ)能電容模塊進(jìn)行恒流充電。
[0029]進(jìn)一步地，所述恒流放電模塊，包括放電電流調(diào)節(jié)電路、寬輸入量程穩(wěn)壓電源電路以及恒流放電電路，其中，放電電流調(diào)節(jié)電路與光電隔離器模塊、恒流放電電路連接，所述恒流放電電路連接至儲(chǔ)能電容模塊，所述寬輸入量程穩(wěn)壓電源電路與放電電流調(diào)節(jié)電路、 儲(chǔ)能電容模塊、鉛酸電池組連接，PC機(jī)的放電指令經(jīng)無(wú)線WiFi傳輸給無(wú)線路由器模塊，經(jīng)以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊到達(dá)MCU控制模塊產(chǎn)生相應(yīng)的放電控制信號(hào)，經(jīng)光電隔離器模塊控制放電模塊的工作，通過(guò)放電電流調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)恒流放電電路的放電電流大小，寬輸入量程穩(wěn)壓電源電路與儲(chǔ)能電容模塊連接，將變化的儲(chǔ)能電容模塊電壓值轉(zhuǎn)變?yōu)楹愣ǖ妮敵鲭妷海?dāng)儲(chǔ)能電容模塊的電壓不足以輸出該恒定電壓時(shí)，鉛酸電池組繼續(xù)為寬輸入量程穩(wěn)壓電源電路供電，保證其輸出恒定電壓，該恒定的輸出電壓作用于放電電流調(diào)節(jié)電路使得恒流放電電路達(dá)到恒流放電的目的；其中若散熱條件良好，可通過(guò)提高寬輸入量程穩(wěn)壓電源電路的輸出電壓小幅度的改變放電電流的大小，也可通過(guò)并聯(lián)恒流放電電路來(lái)大幅度的增加放電電流的大小。
[0030]恒流放電模塊解決了功率電阻放電速度不均勻且不能自動(dòng)放電、阻值較小的功率電阻不能長(zhǎng)時(shí)間放電、阻值較大的功率電阻放電速度較慢、恒流放電放電不徹底的問(wèn)題，操作方便，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能電容模塊快速、恒流、穩(wěn)定放電的目的?！靖綀D說(shuō)明】[0031 ]圖1是基于網(wǎng)絡(luò)的核磁共振探水儀的恒流充放電電源裝置總體架構(gòu)；
[0032]圖2是核磁共振探水儀的恒流充電模塊結(jié)構(gòu)框圖；
[0033]圖3是核磁共振探水儀的恒流放電結(jié)構(gòu)框圖；【具體實(shí)施方式】[〇〇34]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0035]圖1為本發(fā)明用于基于網(wǎng)絡(luò)的核磁共振探水儀的恒流充放電電源裝置總體架構(gòu)， 是由PC機(jī)、無(wú)線路由器模塊、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、MCU控制模塊、光電隔離器模塊、恒流充電模塊、恒流放電模塊、儲(chǔ)能電容模塊、鉛酸電池組、監(jiān)控單元模塊構(gòu)成。其中，[〇〇36] PC機(jī)，搭載LabVIEW控制軟件作為人機(jī)交互界面，并與電源模塊通過(guò)無(wú)線WiFi進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，控制核磁共振探水儀的充放電，實(shí)時(shí)的顯示監(jiān)控單元模塊獲取的鉛酸電池組的電壓值和儲(chǔ)能電容模塊的電壓值；[〇〇37]無(wú)線路由器模塊，與PC機(jī)之間通過(guò)無(wú)線WiFi進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)分離，上位機(jī)不需要隨著核磁共振探水儀的移動(dòng)而變動(dòng)位置，極大的方便了上位機(jī)對(duì)系統(tǒng)的操作控制；[〇〇38]以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，連接在MCU控制模塊與無(wú)線路由器模塊之間，實(shí)現(xiàn)串口與以太網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)互換，速度快，穩(wěn)定性高。
[0039] MCU控制模塊，作為整個(gè)系統(tǒng)的二級(jí)控制單元，實(shí)時(shí)根據(jù)監(jiān)控單元模塊獲取的儲(chǔ)能電容模塊的電壓值與上位機(jī)設(shè)定的充放電電壓值進(jìn)行比較產(chǎn)生充放電控制信號(hào)。
[0040]監(jiān)控單元模塊，與鉛酸電池組及儲(chǔ)能電容模塊連接，用于采集鉛酸電池組和儲(chǔ)能電容模塊的電壓信號(hào)，并把采集的電壓信號(hào)傳送給MCU控制模塊，MCU控制模塊根據(jù)監(jiān)控單元模塊的反饋產(chǎn)生相應(yīng)的充放電指令。[0041 ]光電隔離器模塊，連接在MCU控制模塊與恒流充電模塊以及恒流放電模塊之間，將控制電路與大電流、高電壓電路的隔離，并根據(jù)MCU控制模塊的充放電控制信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的充放電控制動(dòng)作。[〇〇42]儲(chǔ)能電容模塊，存儲(chǔ)發(fā)射所需要的電量，儲(chǔ)能電容模塊作為能量的中轉(zhuǎn)站，為發(fā)射瞬間所需的激發(fā)脈沖矩提供能量來(lái)源。
[0043]圖2為本發(fā)明恒流充電模塊結(jié)構(gòu)框圖，是由繼電器切換電路、供電電源電路、全橋逆變電路、驅(qū)動(dòng)電路、PWM輸出電路、高頻變壓器、整流濾波電路、電流互感器、反饋調(diào)節(jié)電路構(gòu)成，通過(guò)與鉛酸電池組、光電隔離器模塊、儲(chǔ)能電容模塊連接實(shí)現(xiàn)核磁共振探水儀恒流充電。
[0044]繼電器切換電路連接光電隔離器模塊、全橋逆變電路、供電電源模塊以及鉛酸電池組，上位機(jī)充電指令經(jīng)無(wú)線WiFi傳輸給無(wú)線路由器模塊，經(jīng)以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊到達(dá)MCU控制模塊產(chǎn)生相應(yīng)的充電控制信號(hào)，經(jīng)光電隔離器模塊控制與其連接的繼電器切換電路實(shí)現(xiàn)鉛酸電池組與供電電源模塊、全橋逆變電路連接，恒流充電模塊開始工作，為儲(chǔ)能電容模塊恒流充電；
[0045]供電電源模塊，為驅(qū)動(dòng)電路、PWM輸出電路、反饋調(diào)節(jié)電路、提供所需要的工作電壓，保證各部分電路的正常工作；[〇〇46] PWM輸出電路，設(shè)計(jì)核心就是P麗輸出控制芯片的選擇，本系統(tǒng)選擇的是SG3525。 SG3525最大輸出電流為500mA，可以直接驅(qū)動(dòng)單個(gè)功率管，但是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主電路采用的全橋結(jié)構(gòu)，需要解決共地的問(wèn)題，如果采用光耦技術(shù)，需要使用大量的獨(dú)立電源模塊，并且大大增加電源的成本，所以本系統(tǒng)采用的是利用驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生4路控制信號(hào)。
[0047]驅(qū)動(dòng)電路，本系統(tǒng)選擇的是IR公司生產(chǎn)的IR2110驅(qū)動(dòng)器。它兼有光耦隔離(體積小)和電磁隔離(速度快)的優(yōu)點(diǎn)，是中小功率變換裝置中驅(qū)動(dòng)器件的首選品種。每片IR2110 芯片可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩路相位相反開關(guān)管，為電路設(shè)計(jì)提供了極大的方便；
[0048]全橋逆變電路，相對(duì)半橋逆變器而言，全橋逆變器的開關(guān)電流減小了一半，因而適用于大功率場(chǎng)合，在全橋逆變器中，一般在輸出端接有交流變壓器；
[0049]高頻變壓器，實(shí)現(xiàn)輸入輸出之間的電氣隔離，得到合適的輸出電壓幅值；
[0050]電流互感器，把高頻變壓器的大電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)樾‰娏餍盘?hào)通過(guò)反饋調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)PWM波形的占空比；[〇〇51]反饋調(diào)節(jié)電路，把電流互感器的小電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，其壓差通過(guò)誤差放大器進(jìn)行放大，控制PWM輸出電路輸出波形的占空比；[0052 ]整流濾波電路，將變壓器輸出的交變電壓轉(zhuǎn)變成直流電壓，并將直流成分中的雜質(zhì)部分濾除掉，使恒流充電模塊的輸出電流紋波較小，達(dá)到給儲(chǔ)能電容模塊穩(wěn)定、勻速、恒流充電的目的；
[0053]圖3為核磁共振探水儀的恒流放電模塊結(jié)構(gòu)框圖，是由寬輸入量程穩(wěn)壓電源電路、 放電電流調(diào)節(jié)電路、恒流放電電路構(gòu)成，與鉛酸電池組、儲(chǔ)能電容模塊、光電隔離器電路模塊連接實(shí)現(xiàn)恒流放電。
[0054]放電電流調(diào)節(jié)電路，PC機(jī)的放電指令經(jīng)無(wú)線WiFi傳輸給無(wú)線路由器模塊，經(jīng)以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊到達(dá)MCU控制模塊產(chǎn)生相應(yīng)的放電控制信號(hào)，經(jīng)光電隔離器模塊控制放電模塊的工作，通過(guò)放電電流調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)恒流放電電路的放電電流大?。?br>[0055]寬輸入量程穩(wěn)壓電源電路，儲(chǔ)能電容模塊為寬輸入量程穩(wěn)壓電源電路提供能量來(lái)源，當(dāng)儲(chǔ)能電容模塊的電壓降低到15V左右時(shí)，寬輸入量程穩(wěn)壓電源電路的輸出電壓值將不足以支撐恒流放電電路實(shí)現(xiàn)恒流放電，此時(shí)鉛酸電池組開始為寬輸入量程穩(wěn)壓電源電路供電，保證寬輸入量程穩(wěn)壓電源電路的輸出電壓始終恒定，進(jìn)而保證恒流放電電路將儲(chǔ)能電容模塊的電量全部釋放完全，可通過(guò)改變寬輸入量程穩(wěn)壓電源電路的輸出電壓小幅度的改變放電電流的大小；
[0056]恒流放電電路，寬輸入量程穩(wěn)壓電源電路與放電電流調(diào)節(jié)電路公共調(diào)節(jié)恒流放電電路的放電電流大小，若散熱條件良好，可通過(guò)并聯(lián)恒流放電電路來(lái)大幅度的增加放電電流的大小。[〇〇57]本發(fā)明PC機(jī)通過(guò)無(wú)線WiFi與無(wú)線路由器模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;經(jīng)以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊與MCU控制模塊連接;光電隔離器模塊將控制電路與大電流、高電壓電路的隔離;MCU 控制模塊實(shí)時(shí)根據(jù)監(jiān)控單元模塊獲取的儲(chǔ)能電容模塊的電壓值與上位機(jī)設(shè)定的電壓值進(jìn)行比較產(chǎn)生充放電控制信號(hào)。恒流充電模塊是由光電隔離器模塊控制繼電器切換電路實(shí)現(xiàn)鉛酸電池組與全橋逆變電路連接;電流互感器與高頻變壓器、反饋調(diào)節(jié)電路連接，通過(guò)反饋調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)HVM波形的占空比，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制全橋逆變電路的通斷，經(jīng)高頻變壓器、整流濾波電路實(shí)現(xiàn)給儲(chǔ)能電容模塊恒流充電。寬輸入量程穩(wěn)壓電源模塊產(chǎn)生恒定的電壓，經(jīng)放電電流調(diào)節(jié)電路控制恒流放電電路恒流放電。本發(fā)明解決了對(duì)儲(chǔ)能電容充電速度較慢且不均衡、功率電阻放電速度不均勻且不能自動(dòng)放電、阻值較小的功率電阻不能長(zhǎng)時(shí)間放電、 阻值較大的功率電阻放電速度較慢、恒流放電放電不徹底的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能電容模塊快速、恒流、穩(wěn)定放電的目的;基于網(wǎng)絡(luò)的核磁共振探水儀的恒流充放電電源裝置能方便的控制電源的自動(dòng)充放電，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)分離，上位機(jī)不需要隨著核磁共振探水儀的移動(dòng)而變動(dòng)位置，極大的方便了上位機(jī)對(duì)系統(tǒng)的操作控制。[〇〇58]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于網(wǎng)絡(luò)的核磁共振探水儀的恒流充放電電源裝置，其特征在于，包括:PC機(jī)、 無(wú)線路由器模塊、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、MCU控制模塊、光電隔離器模塊、恒流充電模塊、恒 流放電模塊、儲(chǔ)能電容模塊、鉛酸電池組、監(jiān)控單元模塊構(gòu)成。其中:PC機(jī)，搭載LabVIEW控制軟件作為人機(jī)交互界面，通過(guò)無(wú)線路由器模塊與MCU控制模塊 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，控制核磁共振探水儀的充放電，實(shí)時(shí)的顯示監(jiān)控單元模塊獲取的鉛酸電池 組的電壓值和儲(chǔ)能電容模塊的電壓值；無(wú)線路由器模塊，與PC機(jī)之間通過(guò)無(wú)線WiFi進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)人機(jī)分離，PC機(jī)不需要 隨著核磁共振探水儀的移動(dòng)而變動(dòng)位置，極大的方便了上位機(jī)對(duì)系統(tǒng)的操作控制；以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，連接在MCU控制模塊與無(wú)線路由器模塊之間，實(shí)現(xiàn)串口與以 太網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)互換；MCU控制模塊，作為整個(gè)系統(tǒng)的二級(jí)控制單元，實(shí)時(shí)根據(jù)監(jiān)控單元模塊獲取的儲(chǔ)能電容 模塊的電壓值與PC機(jī)設(shè)定的充放電電壓值進(jìn)行比較產(chǎn)生充放電控制信號(hào)；監(jiān)控單元模塊，與鉛酸電池組及儲(chǔ)能電容模塊連接，用于采集鉛酸電池組和儲(chǔ)能電容 模塊的電壓信號(hào)，并把采集的電壓信號(hào)傳送給MCU控制模塊，MCU控制模塊根據(jù)監(jiān)控單元模 塊的反饋產(chǎn)生相應(yīng)的充放電指令；光電隔離器模塊，連接在MCU控制模塊與恒流充電模塊以及恒流放電模塊之間，將控制 電路與大電流、高電壓電路的隔離，并根據(jù)MCU控制模塊的充放電控制信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的充放 電控制動(dòng)作；儲(chǔ)能電容模塊，存儲(chǔ)發(fā)射所需要的電量，儲(chǔ)能電容模塊作為能量的中轉(zhuǎn)站，為發(fā)射瞬間 所需的激發(fā)脈沖矩提供能量來(lái)源；鉛酸電池組，為整個(gè)系統(tǒng)提供能量來(lái)源；恒流充電模塊，連接在鉛酸電池組與儲(chǔ)能電容模塊之間，PC機(jī)充電指令經(jīng)無(wú)線WiFi傳 輸給無(wú)線路由器模塊，經(jīng)以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊到達(dá)MCU控制模塊產(chǎn)生相應(yīng)的充電控制 信號(hào)，經(jīng)光電隔離器模塊控制與其連接的繼電器切換電路實(shí)現(xiàn)鉛酸電池組與供電電源模 塊、全橋逆變電路的連接，恒流充電模塊開始工作，為儲(chǔ)能電容模塊恒流充電；恒流放電模塊，連接在光電隔離器模塊與儲(chǔ)能電容模塊之間，PC機(jī)的放電指令經(jīng)無(wú)線 WiFi傳輸給無(wú)線路由器模塊，經(jīng)以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊到達(dá)MCU控制模塊產(chǎn)生相應(yīng)的放 電控制信號(hào)，經(jīng)光電隔離器模塊控制放電模塊的工作，為儲(chǔ)能電容模塊恒流放電。2.按照權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)的核磁共振探水儀的恒流充放電電源裝置，其特征 在于，所述的儲(chǔ)能電容模塊是由多個(gè)大容量?jī)?chǔ)能電容并聯(lián)組成。3.按照權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)的核磁共振探水儀的恒流充放電電源裝置，其特征 在于，所述恒流充電模塊，包括繼電器切換電路、供電電源電路、全橋逆變電路、驅(qū)動(dòng)電路、 PWM輸出電路、高頻變壓器、整流濾波電路、電流互感器、反饋調(diào)節(jié)電路構(gòu)成，通過(guò)與鉛酸電 池組、光電隔離器模塊、儲(chǔ)能電容模塊連接實(shí)現(xiàn)核磁共振探水儀恒流充電，繼電器切換電路連接光電隔離器模塊、全橋逆變電路、供電電源模塊以及鉛酸電池組， 上位機(jī)指令經(jīng)無(wú)線WiFi傳輸給無(wú)線路由器模塊，經(jīng)以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊到達(dá)MCU控制 模塊產(chǎn)生相應(yīng)的充電控制信號(hào)，經(jīng)光電隔離器模塊控制與其連接的繼電器切換電路實(shí)現(xiàn)鉛 酸電池組與供電電源模塊、全橋逆變電路的連接；供電電源模塊，為驅(qū)動(dòng)電路、PWM輸出電路、反饋調(diào)節(jié)電路、提供所需要的工作電壓，保證各部分電路的正常工作；電流互感器與高頻變壓器、反饋調(diào)節(jié)電路連接，電流互感器把高頻變壓器的大電流信 號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)樾‰娏餍盘?hào)通過(guò)反饋調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)PWM波形的占空比，經(jīng)PWM輸出電路輸出經(jīng)過(guò)驅(qū) 動(dòng)電路控制全橋逆變電路的導(dǎo)通時(shí)間;經(jīng)高頻變壓器、整流濾波電路，對(duì)儲(chǔ)能電容模塊進(jìn)行 恒流充電，為發(fā)射提供能量不同的激發(fā)脈沖。4.按照權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)的核磁共振探水儀的恒流充放電電源裝置，其特征 在于，所述恒流放電模塊，包括放電電流調(diào)節(jié)電路、寬輸入量程穩(wěn)壓電源電路以及恒流放電 電路，與鉛酸電池組、儲(chǔ)能電容模塊、光電隔離器電路模塊連接實(shí)現(xiàn)恒流放電；放電電流調(diào)節(jié)電路，PC機(jī)的放電指令經(jīng)無(wú)線WiFi傳輸給無(wú)線路由器模塊，經(jīng)以太網(wǎng)串 口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊到達(dá)MCU控制模塊產(chǎn)生相應(yīng)的放電控制信號(hào)，經(jīng)光電隔離器模塊控制放電 模塊的工作，通過(guò)放電電流調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)恒流放電電路的放電電流大??；寬輸入量程穩(wěn)壓電源電路，儲(chǔ)能電容模塊為寬輸入量程穩(wěn)壓電源電路提供能量來(lái)源， 當(dāng)儲(chǔ)能電容模塊的電壓降低到15V左右時(shí)，儲(chǔ)能電容模塊電壓將不足以支撐寬輸入量程穩(wěn) 壓電源電路輸出恒定電壓，此時(shí)鉛酸電池組開始為寬輸入量程穩(wěn)壓電源電路供電，保證寬 輸入量程穩(wěn)壓電源電路的輸出電壓始終恒定，進(jìn)而保證恒流放電電路將儲(chǔ)能電容模塊的電 量全部釋放完全，可通過(guò)改變寬輸入量程穩(wěn)壓電源電路的輸出電壓小幅度的改變放電電流 的大?。缓懔鞣烹婋娐罚瑢捿斎肓砍谭€(wěn)壓電源電路與放電電流調(diào)節(jié)電路公共調(diào)節(jié)恒流放電電路 的放電電流大小。
【文檔編號(hào)】G01V3/14GK106019392SQ201610329821
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月17日
【發(fā)明人】尚新磊, 巨長(zhǎng)磊, 賀巖, 孫淑琴, 劉婷婷, 孫辰, 彭良玉, 劉東洋, 李超
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)