500A超强功率瞬变电磁仪的设计

发布时间：2019-08-16 17:29

【摘要】：巷道内金属锚杆、锚网、大型机电设备等因素影响了瞬变电磁的探测效果,为减小这些干扰因素带来的影响,设计了一种超强功率瞬变电磁仪。该瞬变电磁仪发射机采用PWM控制器为核心处理单元,能通过MCU微处理器预设电流值,确保瞬变电磁仪发射电流保持恒定;采用恒流源的大功率瞬变电磁发射机,其最大发射电流可达500 A,探测效果显著提高;瞬变电磁仪接收机采用双AD设计,利用FPGA控制两个AD采样器,可实现多次叠加压制噪声干扰,提高探测精度。
【图文】：

示意图,瞬变电磁仪,示意图,PWM控制器

?］。根据这种需求，设计了一款最大发射电流可达500A的恒流型瞬变电磁仪。1瞬变电磁仪组成根据瞬变电磁仪的工作原理，可以将其分为发射机与接收机两部分。发射机主要功能是通过发射天线发送电流，在发射电流期间，发射天线在其周围空间产生一次电磁场［3］。接收机主要功能是通过接收线圈，采集一次场关闭后的瞬间由于电磁感应在天线周围空间产生的二次电磁场信息。接收机测量并记录二次磁场随时间变化的响应数据，将该数据送入数据处理软件，由专门的处理软件分析出地下的地质信息。所设计的瞬变电磁仪见图1，发射机主要由微处理器、大容量蓄电池(12V/60Ah)、PWM控制器、大功率MOS管，以及大功率电感、霍尔传感器、隔离驱动器等组成。接收机主要包括接收线圈、信号放大处理电路、24位AD采集、数据处理、显示和存储等。图1瞬变电磁仪结构与设计示意图2恒流源设计本设计中的瞬变电磁仪，采用脉宽调制方式(PWM)，以类似“开关电源”的原理实现恒流。首先由MCU通过其自带的DA预设一个电流值给PWM控制器，其控制场效应管的开关，同时，霍尔传感器实时检测负载上的电流，并反馈给PWM控制器，PWM控制器通过对比预设电流值与实际负载上的电流，快速控制场效应管的导通和关闭，实现恒流［4－5］。采用UC3823芯片作为PWM控制芯片，UC3823芯片由振荡器、PWM比较器、PWM锁存器、输出驱动器、限流比较器、过流比较器、基准电压源、故障锁存器、软启动电路、欠压锁定等组成［6］。PWM控制器UC3823芯片的外围电路设计见图2。UC3823芯片使用中需要设置PWM振荡频率、预设电流初值、实际电流值［6］。振荡频率设置由5脚和6脚完成，振荡频率f=1.5/(ＲtCt)。本系统设计振荡频率为40kHz，见图2，选取Ｒ81=12

电路设计,场效应管

输出驱动器、限流比较器、过流比较器、基准电压源、故障锁存器、软启动电路、欠压锁定等组成［6］。PWM控制器UC3823芯片的外围电路设计见图2。UC3823芯片使用中需要设置PWM振荡频率、预设电流初值、实际电流值［6］。振荡频率设置由5脚和6脚完成，振荡频率f=1.5/(ＲtCt)。本系统设计振荡频率为40kHz，见图2，选取Ｒ81=12kΩ，C71=33nF。本设计中的电流初值设定，由微处理器通过软件完成。测量实际电流值使用霍尔传感器CHB－1000SH，其量程达到1000A，完全满足设计中最大500A的测量要求。图2UC3823电路设计图3大电流H桥及其驱动设计使用的H桥式电流导向电路中，，最重要的是能承受500A电流以上的场效应管，而且要求场效应导通电阻小，开关速度快，关断时间短［7］。H桥式工作电路见图3，H桥电路使用的开关管为VMO550－01F型场效应管。VMO550－01F型场效应管耐压可达100V，瞬态电流可以达到2360A，而且导通电阻小(2.1mΩ)，开关速度可达到1MHz。为了防止仪器长时间工作，导致场效应管发热致使器件烧毁，在使用中，VMO550－01F场效应管需要安装散热片。图3H桥工作电路·43·第42卷第5期2015年10月矿业安全与环保MININGSAFETY＆ENVIＲONMENTALPＲOTECTIONVol.42No.5Oct.2015
【作者单位】：中煤科工集团重庆研究院有限公司;
【基金】：“十二五”国家科技重大专项(2011ZX05041-003-005) 中煤科工集团重庆研究院有限公司青年基金项目(2013QNJJ38)
【分类号】：TD744

【参考文献】

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【共引文献】

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