基于陣列逆變充電的核磁共振探水發射裝置及工作方法制造方法及圖紙

本發明專利技術為一種基于陣列逆變充電的核磁共振探水發射裝置及工作方法。PC機，內置有上位機軟件對參數進行設置；MCU主控單元與PC機進行通訊，對陣列逆變電源進行控制；FPGA邏輯控制單元，接受所述MCU主控單元的啟動命令，產生的具有拉莫爾頻率時序通過驅動模塊驅動發射橋路，使得發射橋路工作，將高壓直流電信號轉變成具有當地拉莫爾頻率的高壓交變電信號；能釋單元，通過MCU主控單元控制，連接激發線圈的儲能電容組，在發射結束后根據儲能電容組中的剩余電量，通過能釋單元將剩余電量進行釋放。本發明專利技術能夠保持每次發射激發電壓，還能夠在多次疊加后保持初始設定電壓，而且在減小體積的同時提高對儲能電容組的充電效率。

【技術實現步驟摘要】
基于陣列逆變充電的核磁共振探水發射裝置及工作方法
本專利技術屬于地球物理勘探設備領域，尤其是一種基于陣列逆變充電的核磁共振探水發射裝置及工作方法。
技術介紹
在地面核磁共振找水過程中，發射裝置作為激發磁共振場的核心設備之一，具有大功率、精準、快速的發射脈沖等特點，在核磁共振地下探水過程中，一般是通過增大激發脈沖矩來改變探測深度，激發脈沖矩為q＝I0*τp，而I0和τp分別為發射電流脈沖幅值和發射持續時間，發射時間通常是不變的，而增加激發脈沖矩主要靠增加發射電流，也就是增加大功率電源的電壓。因此，為了獲得更深層的水文信息，就需要發射裝置提供更大的電壓。而在實際探測過程中，由于探測地點周圍電磁環境復雜，噪聲干擾嚴重，就需要進行多次疊加發射，來提高信噪比，進而得到可用的核磁共振信號，但是每次疊加均需要達到較高的發射電壓，對儲能電容充電均需要數十秒以上的時間。而這樣疊加多次，導致每次測量需要長達兩個小時左右，這也就嚴重制約了核磁共振找水儀的效率和方法推廣。而一個具有快速持續充電特性的核磁共振發射裝置也就成為快速、高效探水的關鍵。CN102053280A公開了一種帶有參考激發線圈的核磁共振地下水探測系統及探測方法。通過多路A/D采集單元采集發射/接收激發線圈中的核磁共振信號以及參考激發線圈中噪聲信號的全波形數據，通過計算參考激發線圈采集的噪聲信號與核磁共振信號的最大相關性，實現參考激發線圈最佳位置和數量的布設，在信號和噪聲統計特性未知的情況下，采用變步長自適應算法，最大限度對消發射/接收激發線圈獲得核磁共振信號中的噪聲。其在一定程度上實現了多場源噪聲干擾下核磁共振信號的提取，有效地解決了居民區核磁共振探測干擾多、多種干擾噪聲數據難以分離的問題。CN104216021A公開了一種基于分步式發射的地下核磁共振探測方法。采用的探測裝置包括發射激發線圈、發射上位機、下位機、升壓電源、儲能電容、發射橋路、檢測裝置以及配諧電容，發射上位機通過串口總線以及通訊接口與下位機相連接，下位機與升壓電源連接，升壓電源連接儲能電容給儲能電容充電，同時下位機通過驅動控制電路連接發射橋路后與儲能電容相連接，儲能電容通過配諧電容連接發射激發線圈相連接，同時儲能電容通過檢測裝置檢測電壓，檢測裝置的輸出端與下位機相連接，檢測裝置檢測發射激發線圈的電流與下位機相連接，通過對儲能電容的一次充電多次發射的模式，提高了探測過程中的工作效率，減少了重復工作耗費的時間。上述專利技術的核磁共振找水發射裝置針對特殊的需要和應用場合均具有較高的測量精度和良好的測量效果，但都存在一些不足：帶有參考激發線圈的核磁共振地下水探測系統及探測方法中由于其采用傳統的單DC-DC電源、單電容充電，故充電效率較低且耗時較長，這就嚴重制約了核磁找水探測的工作效率。而基于分步式發射的地下核磁共振探測方法，雖然采用一次充電達到設定的發射電壓值，但是在多次發射后電量損失十分嚴重，經過多次發射疊加以后，無法提供足夠大的發射電壓，而且同樣面臨著充電緩慢的問題，因此，也就無法快速獲取利于反演的核磁共振信號。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題在于提供一種基于陣列逆變充電的核磁共振探水發射裝置及工作方法，通過多個中、小型功率陣列電源對電容組進行持續穩定的充電，不僅能夠保持每次發射激發電壓，還能夠在多次疊加后保持初始設定電壓，而且在減小體積的同時提高對儲能電容組的充電效率。本專利技術是這樣實現的，一種基于陣列逆變充電的核磁共振探水發射裝置，包括：PC機，內置有上位機軟件對發射電壓、疊加次數、拉莫爾頻率、發射持續時間、能量釋放時間等參數進行設置；MCU主控單元，與PC機進行通訊，對陣列逆變電源進行控制，并將電流電壓檢測模塊檢測到的發射橋路的電流電壓信號傳遞至PC機；FPGA邏輯控制單元，接受所述MCU主控單元的啟動命令，產生的具有拉莫爾頻率時序通過驅動模塊驅動發射橋路，使得發射橋路工作，將高壓直流電信號轉變成具有當地拉莫爾頻率的高壓交變電信號；能釋單元，通過MCU主控單元控制，連接激發線圈的儲能電容組，在發射結束后根據儲能電容組中的剩余電量，通過能釋單元將剩余電量進行釋放。配諧電容與線圈共同作用，發生串聯諧振，產生具有當地拉莫爾頻率的交變脈沖信號激發場。進一步地，所述陣列逆變電源包括并聯的多個逆變電源模塊，所述多個逆變電源模塊與電壓控制模塊的輸出連接，同時通過連接的均流控制單元對各個逆變電源模塊進行電流均分，通過電流值反饋進行電流實時調節，使得每個逆變電源模塊輸出的電流基本上相同。進一步地，所述陣列逆變電源通過同步輸出模塊對儲能電容組進行恒流充電。進一步地，逆變電源模塊包括：將低壓電信號轉化為高頻交變低壓電信號的全橋逆變模塊；通過原邊端接受高頻交變低壓電信號，經副邊端輸出高頻高壓電信號的高壓變壓器；對高壓變壓器的輸出電壓進行檢測的控制模塊；通過控制模塊的控制對全橋逆變模塊進行驅動，使得高壓變壓器穩定輸出高頻高壓電信號的驅動模塊；對高壓變壓器的輸出電壓進行整流濾波的整流單元；以及，檢測電路，對整流后的恒流輸出進行檢測并傳至均流控制單元進行電流均分調控。進一步地，整流單元轉換后的高壓電信號通過采樣電阻進行電流轉換，并進行恒流輸出。進一步地，均流控制單元首先對掛載的逆變電源模塊數量N進行檢測記錄，而后根據設定的發射電壓與發射裝置發射一次后電壓差值為VD大小，來決定對儲能電容組充電的電流ID大小，以此基準對所有模塊進行實時調整，在進行多次疊加發射時形成梯度電流對儲能電容充電。一種基于陣列逆變充電的核磁共振探水發射裝置的工作方法，1)、將發射裝置中的配諧電容6和激發線圈7兩端相連；2)、通過PC機軟件對發射電壓、疊加次數、拉莫爾頻率、發射持續時間、能量釋放時間等參數進行設置，并經由通信接口傳送至MCU主控單元；MCU主控單元對電壓參數進行D/A轉換，得到驅動電壓控制模塊控制字節，然后陣列逆變電源開始工作，并實時將電壓值反饋給上位機，控制陣列逆變電源的恒流輸出值；3)在陣列逆變電源進行工作同時，MCU主控單元通過通信總線啟動FPGA邏輯控制單元時序發生部分，FPGA邏輯控制單元產生的具有拉莫爾頻率時序來驅動發射橋路驅動模塊，使得大功率發射橋路工作，將高壓直流電信號轉變成具有當地拉莫爾頻率的高壓交變電信號；4)在發射工作時，電流電壓檢測模塊對發射電流進行實時采集，并且經過取樣電阻轉換成電壓值，將采集回的電壓電流值進行A/D轉換，經由MCU主控單元反饋回給PC機軟件進行實時顯示；5)在發射結束后根據儲能電容中的剩余電量，通過能釋單元將剩余電量進行釋放，已達到安全的目的。進一步地，所述陣列逆變電源包括并聯的多個逆變電源模塊，所述多個逆變電源模塊與電壓控制模塊的輸出連接，同時通過連接的均流控制單元對各個逆變電源模塊進行電流均分，通過電流值反饋進行電流實時調節，使得每個逆變電源模塊輸出的電流基本上相同。進一步地，第一組逆變電源模塊組將低壓電信號通過全橋逆變轉化為高頻交變低壓電信號，送至高壓變壓器原邊端，經過高壓變壓器后副邊端輸出高頻高壓電信號，其中控制模塊主要是對變壓器的輸出電壓進行檢測，同時調節驅動電路，使得變壓器穩定輸出高頻高壓電信號，高頻高壓電信號經過整流濾波電路后，輸出穩定的直流高壓電信號，轉換后的高壓電信號本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于陣列逆變充電的核磁共振探水發射裝置，其特征在于，包括：PC機，內置有上位機軟件對發射電壓、疊加次數、拉莫爾頻率、發射持續時間、能量釋放時間等參數進行設置；MCU主控單元，與PC機進行通訊，對陣列逆變電源進行控制，并將電流電壓檢測模塊檢測到的發射橋路的電流電壓信號傳遞至PC機；FPGA邏輯控制單元，接受所述MCU主控單元的啟動命令，產生的具有拉莫爾頻率時序通過驅動模塊驅動發射橋路，使得發射橋路工作，將高壓直流電信號轉變成具有當地拉莫爾頻率的高壓交變電信號；能釋單元，通過MCU主控單元控制，連接激發線圈的儲能電容組，在發射結束后根據儲能電容組中的剩余電量，通過能釋單元將剩余電量進行釋放。

【技術特征摘要】
1.一種基于陣列逆變充電的核磁共振探水發射裝置，其特征在于，包括：PC機，內置有上位機軟件對發射電壓、疊加次數、拉莫爾頻率、發射持續時間、能量釋放時間等參數進行設置；MCU主控單元，與PC機進行通訊，對陣列逆變電源進行控制，并將電流電壓檢測模塊檢測到的發射橋路的電流電壓信號傳遞至PC機；FPGA邏輯控制單元，接受所述MCU主控單元的啟動命令，產生的具有拉莫爾頻率時序通過驅動模塊驅動發射橋路，使得發射橋路工作，將高壓直流電信號轉變成具有當地拉莫爾頻率的高壓交變電信號；能釋單元，通過MCU主控單元控制，連接激發線圈的儲能電容組，在發射結束后根據儲能電容組中的剩余電量，通過能釋單元將剩余電量進行釋放。2.按照權利要求1所述的基于陣列逆變充電的核磁共振探水發射裝置，其特征在于，所述陣列逆變電源包括并聯的多個逆變電源模塊，所述多個逆變電源模塊與電壓控制模塊的輸出連接，同時通過連接的均流控制單元對各個逆變電源模塊進行電流均分，通過電流值反饋進行電流實時調節，使得每個逆變電源模塊輸出的電流基本上相同。3.按照權利要求1所述的基于陣列逆變充電的核磁共振探水發射裝置，其特征在于，所述陣列逆變電源通過同步輸出模塊對儲能電容組進行恒流充電。4.按照權利要求2或3所述的基于陣列逆變充電的核磁共振探水發射裝置，其特征在于，逆變電源模塊包括：將低壓電信號轉化為高頻交變低壓電信號的全橋逆變模塊；通過原邊端接受高頻交變低壓電信號，經副邊端輸出高頻高壓電信號的高壓變壓器；對高壓變壓器的輸出電壓進行檢測的控制模塊；通過控制模塊的控制對全橋逆變模塊進行驅動，使得高壓變壓器穩定輸出高頻高壓電信號的驅動模塊；對高壓變壓器的輸出電壓進行整流濾波的整流單元；以及，檢測電路，對整流后的恒流輸出進行檢測并傳至均流控制單元進行電流均分調控。5.按照權利要求4所述的基于陣列逆變充電的核磁共振探水發射裝置，其特征在于，整流單元轉換后的高壓電信號通過采樣電阻進行電流轉換，并進行恒流輸出。6.按照權利要求2所述的基于陣列逆變充電的核磁共振探水發射裝置，其特征在于，均流控制單元首先對掛載的逆變電源模塊數量N進行檢測記錄，而后根據設定的發射電壓與發射裝置發射一次后電壓差值為VD大小，來決定對儲能電容組充電的電流ID大小，以此基準對所有模塊進行實時調整，在進行多次疊加發射時形成梯度電流對儲能電容充電。7.一種基于陣列逆變充電的核磁共振探水發射裝置的工作方法，其特征在于，1)、將發射裝置中的配諧電容6和激發線圈7兩端相連；2)、通過PC機軟件對發射電壓...

【專利技術屬性】
技術研發人員：林婷婷，王洪宇，滕飛，謝坤諭，張洋，萬玲，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：吉林,22