一種核磁共振地下水探測儀的電源裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型為一種核磁共振地下水探測儀的電源裝置。包括：PC機通過WiFi與無線路由器模塊進行數(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控制模塊實時根據(jù)上位機指令產(chǎn)生充放電控制信號，經(jīng)光電隔離器模塊控制產(chǎn)生充放電控制動作，經(jīng)恒流充電模塊對儲能電容模塊恒流充電，經(jīng)恒流放電模塊對儲能電容模塊恒流充放電，監(jiān)控單元模塊實時監(jiān)控儲能電容模塊和鉛酸電池組的電壓值。本實用新型實現(xiàn)了對儲能電容模塊自動、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充放電、恒流放電不徹底的問題，并通過WiFi實時上傳數(shù)據(jù)，上位機實時監(jiān)控電源狀態(tài)，實現(xiàn)了人機分離，極大方便了上位機對電源的控制。
【專利說明】
一種核磁共振地下水探測儀的電源裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及地球物理電磁探測領(lǐng)域，尤其是一種核磁共振地下水探測儀的電源裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]核磁共振探測地下水技術(shù)(Magnetic Resonance Sounding，MRS)，是目前世界上唯一一種非開挖式直接探測地下水的地球物理新方法，也是目前最為先進和有效的淺層地下水探測方法，它的基本原理是核磁共振原理。核磁共振探測地下水技術(shù)就是通過線圈向地下發(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，進而在線圈周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的極化磁場，水中的氫質(zhì)子在極化磁場的作用下發(fā)生能級躍迀，此時的氫質(zhì)子如同小磁針受外加磁場的作用，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，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)生能級躍迀，大量的氫質(zhì)子躍迀到高能級上。 當(dāng)撤去發(fā)射電流時，這些高能級氫質(zhì)子便逐漸回到低能級狀態(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，MRS信號的幅度大小反映了這些氫質(zhì)子的宏觀數(shù)量大小，即可探測地下水的存在及含量情況。
[0003]核磁共振技術(shù)進行地下水探測時，主要通過改變激發(fā)脈沖矩來改變探測深度。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)時間決定，發(fā)射持續(xù)時間通常是不變的，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行的關(guān)鍵。而對儲能電容通過何種方式進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的輸出電壓，而不能完全達到目標(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，但儲能電容有其可接受的電流限度，所以限流電阻不能選擇過小，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時間放電、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大功率模塊通過防反沖保護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能電容以及第二儲能電容，電壓采集模塊采集第一儲能電容以及第二儲能電容的電壓值，并在輸出端通過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大功率的供電電源，利用H橋電路實現(xiàn)正負交變脈沖發(fā)生，激發(fā)地下水中氫質(zhì)子發(fā)生核磁共振現(xiàn)象，簡化電源設(shè)計，同時該裝置能夠?qū)⒕€圈上殘余的發(fā)射能量快速吸收，保證了信號接收的有效性，裝置結(jié)構(gòu)簡單易操作。
[0008]孫辰公開了一篇核磁共振地下水探測儀開關(guān)電源的研制[D].吉林大學(xué)，2014,基本實現(xiàn)了核磁共振地下水探測儀充放電功能。
[0009]以上方法均實現(xiàn)了對核磁共振儀器發(fā)射系統(tǒng)的充電功能，但CN104009532A采用兩套儲能電容，這無疑增加了儀器的體積和重量，且該裝置不具有自動放電功能，無法自動將儲能電容內(nèi)的電量釋放，因而無法由高激發(fā)脈沖矩向低激發(fā)脈沖矩自動轉(zhuǎn)變； CN200997000Y采用小功率的電池供電獲取短時大功率的供電電源，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，但不具有自動放電功能， 因而無法由高激發(fā)脈沖矩向低激發(fā)脈沖矩自動轉(zhuǎn)變。
[0010]孫辰公開了的核磁共振地下水探測儀開關(guān)電源的研制，基本實現(xiàn)了核磁共振地下水探測儀的充放電功能，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30mA的恒流二極管串聯(lián)，由于個體之間的差異性，在高壓下，七個30mA恒流二極管會出現(xiàn)分壓不均衡的問題，將會導(dǎo)致其中一個或多個二極管分得的電壓超過其耐壓值，二極管會燒毀，高壓線性穩(wěn)壓電源無輸出，最終導(dǎo)致無法進行電源模塊的恒流放電功能，只能通過功率電阻人工手動放電，高壓大容量的電容手動放電將會存在巨大的安全隱患;其次，其恒流放電電路無法將儲能電容內(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行放電，這樣就使得放電電路過于復(fù)雜;再次，其電源模塊都是手動控制充放電，無法實現(xiàn)上位機自動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、儲能模塊電壓檢測功能，這將無法判斷充放電何時停止，甚至?xí)韮δ茈娙葸^沖的現(xiàn)象，當(dāng)超過儲能電容的耐壓的話，內(nèi)部儲存的電量瞬間釋放，儲能電容將發(fā)生爆炸，會帶來嚴(yán)重的后果?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0011]本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種核磁共振地下水探測儀的電源裝置，實現(xiàn)了對儲能電容模塊自動化的、快速的恒流充放電，放電安全徹底，并通過WiFi實時上傳監(jiān)控數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了人機分離，極大的方便了上位機對系統(tǒng)的控制，解決了對儲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放電、恒流放電不徹底的問題。
[0012]本實用新型是這樣實現(xiàn)的，本實用新型提供了一種核磁共振地下水探測儀的電源裝置，包括PC機、無線路由器模塊、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，搭載LabVIEW控制軟件作為人機交互界面，通過無線路由器模塊與MCU控制模塊進行數(shù)據(jù)傳輸，控制核磁共振探水儀的充放電，實時的顯示監(jiān)控單元模塊獲取的鉛酸電池組的電壓值和儲能電容模塊的電壓值；
[0014]無線路由器模塊，與PC機之間通過無線WiFi進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)人機分離，PC機不需要隨著核磁共振探水儀的移動而變動位置，極大的方便了上位機對系統(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控制模塊與無線路由器模塊之間，實現(xiàn)串口與以太網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)互換；
[0016]MCU控制模塊，作為整個系統(tǒng)的二級控制單元，實時根據(jù)監(jiān)控單元模塊獲取的儲能電容模塊的電壓值與上位機設(shè)定的充放電電壓值進行比較產(chǎn)生充放電控制信號；
[0017]監(jiān)控單元模塊，與鉛酸電池組及儲能電容模塊連接，用于采集鉛酸電池組和儲能電容模塊的電壓信號，并把采集的電壓信號傳送給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產(chǎn)生相應(yīng)的充放電控制動作；
[0019]儲能電容模塊，存儲發(fā)射所需要的電量，儲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)脈沖矩提供能量來源；
[0020]鉛酸電池組，為整個系統(tǒng)提供能量來源；
[0021]恒流充電模塊，連接在鉛酸電池組與儲能電容模塊之間，PC機充電指令經(jīng)無線 WiFi傳輸給無線路由器模塊，經(jīng)以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊到達MCU控制模塊產(chǎn)生相應(yīng)的充電控制信號，經(jīng)光電隔離器模塊控制與其連接的繼電器切換電路實現(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能電容模塊之間，PC機的放電指令經(jīng)無線WiFi傳輸給無線路由器模塊，經(jīng)以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊到達MCU控制模塊產(chǎn)生相應(yīng)的放電控制信號，經(jīng)光電隔離器模塊控制放電模塊的工作，為儲能電容模塊恒流放電。
[0023]進一步地，所述的儲能電容模塊是由多個大容量儲能電容并聯(lián)組成；核磁共振探水儀在探測地下水過程中，發(fā)射過程用時非常短，發(fā)射系統(tǒng)瞬間產(chǎn)生能量較高的激發(fā)脈沖矩，需要容量較大的儲能電容，單個儲能電容無法滿足容量要求，一般采用多個大容量儲能電容并聯(lián)組成儲能電容模塊且儲能電容模塊的耐壓要高于電源模塊的最大輸出電壓。
[0024]進一步地，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能電容的充放電速度決定著，因此最關(guān)鍵的為實現(xiàn)對儲能電容模塊進行快速的充電；恒壓模式下充電，隨時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的輸出電壓，而不能完全達到目標(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，但儲能電容有其可接受的電流限度，所以限流電阻不能選擇過小，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系統(tǒng)采用恒流源對儲能電容模塊進行充電。本實用新型就是一種基于網(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能電容中的能量進行發(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，上位機充電指令經(jīng)無線WiFi傳輸給無線路由器模塊，經(jīng)以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊到達MCU控制模塊產(chǎn)生相應(yīng)的充電控制信號，經(jīng)光電隔離器模塊控制與其連接的繼電器切換電路實現(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，為儲能電容模塊恒流充電；
[0027]供電電源模塊為驅(qū)動電路、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轉(zhuǎn)變?yōu)樾‰娏餍盘柾ㄟ^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，對儲能電容模塊進行恒流充電。
[0029]進一步地，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、 儲能電容模塊、鉛酸電池組連接，PC機的放電指令經(jīng)無線WiFi傳輸給無線路由器模塊，經(jīng)以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊到達MCU控制模塊產(chǎn)生相應(yīng)的放電控制信號，經(jīng)光電隔離器模塊控制放電模塊的工作，通過放電電流調(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)壓電源電路與儲能電容模塊連接，將變化的儲能電容模塊電壓值轉(zhuǎn)變?yōu)楹愣ǖ妮敵鲭妷?，?dāng)儲能電容模塊的電壓不足以輸出該恒定電壓時，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到恒流放電的目的；其中若散熱條件良好，可通過提高寬輸入量程穩(wěn)壓電源電路的輸出電壓小幅度的改變放電電流的大小，也可通過并聯(lián)恒流放電電路來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放電、阻值較小的功率電阻不能長時間放電、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題，操作方便，實現(xiàn)了儲能電容模塊快速、恒流、穩(wěn)定放電的目的?！靖綀D說明】
[0031]圖1是核磁共振地下水探測儀的電源裝置總體架構(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；【具體實施方式】
[0034]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0035]圖1為本實用新型用于核磁共振地下水探測儀的電源裝置總體架構(gòu)，是由PC機、無線路由器模塊、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，搭載LabVIEW控制軟件作為人機交互界面，并與電源模塊通過無線WiFi進行數(shù)據(jù)傳輸，控制核磁共振探水儀的充放電，實時的顯示監(jiān)控單元模塊獲取的鉛酸電池組的電壓值和儲能電容模塊的電壓值；[〇〇37]無線路由器模塊，與PC機之間通過無線WiFi進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)了人機分離，上位機不需要隨著核磁共振探水儀的移動而變動位置，極大的方便了上位機對系統(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控制模塊與無線路由器模塊之間，實現(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，作為整個系統(tǒng)的二級控制單元，實時根據(jù)監(jiān)控單元模塊獲取的儲能電容模塊的電壓值與上位機設(shè)定的充放電電壓值進行比較產(chǎn)生充放電控制信號。
[0040]監(jiān)控單元模塊，與鉛酸電池組及儲能電容模塊連接，用于采集鉛酸電池組和儲能電容模塊的電壓信號，并把采集的電壓信號傳送給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產(chǎn)生相應(yīng)的充放電控制動作。[〇〇42]儲能電容模塊，存儲發(fā)射所需要的電量，儲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)脈沖矩提供能量來源。
[0043]圖2為本實用新型恒流充電模塊結(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，通過與鉛酸電池組、光電隔離器模塊、儲能電容模塊連接實現(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，上位機充電指令經(jīng)無線WiFi傳輸給無線路由器模塊，經(jīng)以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊到達MCU控制模塊產(chǎn)生相應(yīng)的充電控制信號，經(jīng)光電隔離器模塊控制與其連接的繼電器切換電路實現(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，為儲能電容模塊恒流充電；
[0045]供電電源模塊，為驅(qū)動電路、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)動單個功率管，但是本系統(tǒng)設(shè)計的主電路采用的全橋結(jié)構(gòu)，需要解決共地的問題，如果采用光耦技術(shù)，需要使用大量的獨立電源模塊，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)動電路產(chǎn)生4路控制信號。
[0047]驅(qū)動電路，本系統(tǒng)選擇的是IR公司生產(chǎn)的IR2110驅(qū)動器。它兼有光耦隔離(體積小)和電磁隔離(速度快)的優(yōu)點，是中小功率變換裝置中驅(qū)動器件的首選品種。每片IR2110 芯片可以同時驅(qū)動兩路相位相反開關(guān)管，為電路設(shè)計提供了極大的方便；
[0048]全橋逆變電路，相對半橋逆變器而言，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轉(zhuǎn)變?yōu)樾‰娏餍盘柾ㄟ^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轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺c基準(zhǔn)電壓進行比較，其壓差通過誤差放大器進行放大，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，達到給儲能電容模塊穩(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、儲能電容模塊、光電隔離器電路模塊連接實現(xiàn)恒流放電。
[0054]放電電流調(diào)節(jié)電路，PC機的放電指令經(jīng)無線WiFi傳輸給無線路由器模塊，經(jīng)以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊到達MCU控制模塊產(chǎn)生相應(yīng)的放電控制信號，經(jīng)光電隔離器模塊控制放電模塊的工作，通過放電電流調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)恒流放電電路的放電電流大??；
[0055]寬輸入量程穩(wěn)壓電源電路，儲能電容模塊為寬輸入量程穩(wěn)壓電源電路提供能量來源，當(dāng)儲能電容模塊的電壓降低到15V左右時，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現(xiàn)恒流放電，此時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，進而保證恒流放電電路將儲能電容模塊的電量全部釋放完全，可通過改變寬輸入量程穩(wěn)壓電源電路的輸出電壓小幅度的改變放電電流的大??；
[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，可通過并聯(lián)恒流放電電路來大幅度的增加放電電流的大小。[〇〇57]本實用新型PC機通過無線WiFi與無線路由器模塊進行數(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控制模塊實時根據(jù)監(jiān)控單元模塊獲取的儲能電容模塊的電壓值與上位機設(shè)定的電壓值進行比較產(chǎn)生充放電控制信號。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，通過反饋調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)PWM波形的占空比，經(jīng)驅(qū)動電路控制全橋逆變電路的通斷，經(jīng)高頻變壓器、整流濾波電路實現(xiàn)給儲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。本實用新型解決了對儲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放電、阻值較小的功率電阻不能長時間放電、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題，實現(xiàn)了儲能電容模塊快速、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充放電，實現(xiàn)了人機分離，上位機不需要隨著核磁共振探水儀的移動而變動位置，極大的方便了上位機對系統(tǒng)的操作控制。[〇〇58]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種核磁共振地下水探測儀的電源裝置，其特征在于，包括:PC機、無線路由器模塊、 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、儲能 電容模塊、鉛酸電池組、監(jiān)控單元模塊構(gòu)成，其中:PC機，具有人機交互界面，通過無線路由器模塊與MCU控制模塊進行數(shù)據(jù)傳輸，控制核 磁共振探水儀的充放電，實時的顯示監(jiān)控單元模塊獲取的鉛酸電池組的電壓值和儲能電容 模塊的電壓值；無線路由器模塊，與PC機之間通過無線WiFi進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)人機分離；以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，連接在MCU控制模塊與無線路由器模塊之間，實現(xiàn)串口與以 太網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)互換；M⑶控制模塊，與監(jiān)控單元模塊連接，獲取監(jiān)控單元模塊采集的的儲能電容模塊的電壓 值與PC機設(shè)定的充放電電壓值進行比較產(chǎn)生充放電控制信號；監(jiān)控單元模塊，與鉛酸電池組及儲能電容模塊連接，用于采集鉛酸電池組和儲能電容 模塊的電壓信號，并把采集的電壓信號傳送給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)的充放電信號；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產(chǎn)生相應(yīng)的充放 電控制動作；儲能電容模塊，存儲發(fā)射所需要的電量，儲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)脈沖矩提供能量來源；鉛酸電池組，為整個系統(tǒng)提供能量來源；恒流充電模塊，連接在鉛酸電池組與儲能電容模塊之間，PC機充電指令經(jīng)無線WiFi傳 輸給無線路由器模塊，經(jīng)以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊到達MCU控制模塊產(chǎn)生相應(yīng)的充電控制 信號，經(jīng)光電隔離器模塊控制與其連接的繼電器切換電路實現(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能電容模塊之間，PC機的放電指令經(jīng)無線 WiFi傳輸給無線路由器模塊，經(jīng)以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊到達MCU控制模塊產(chǎn)生相應(yīng)的放 電控制信號，經(jīng)光電隔離器模塊控制放電模塊的工作，為儲能電容模塊恒流放電。2.按照權(quán)利要求1所述的核磁共振地下水探測儀的電源裝置，其特征在于，所述的儲能 電容模塊是由多個大容量儲能電容并聯(lián)組成。3.按照權(quán)利要求1所述的核磁共振地下水探測儀的電源裝置，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，通過與鉛酸電池組、光電隔離器模 塊、儲能電容模塊連接實現(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， 上位機指令經(jīng)無線WiFi傳輸給無線路由器模塊，經(jīng)以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊到達MCU控制 模塊產(chǎn)生相應(yīng)的充電控制信號，經(jīng)光電隔離器模塊控制與其連接的繼電器切換電路實現(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 號轉(zhuǎn)變?yōu)樾‰娏餍盘柾ㄟ^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)過驅(qū) 動電路控制全橋逆變電路的導(dǎo)通時間;經(jīng)高頻變壓器、整流濾波電路，對儲能電容模塊進行 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所述的核磁共振地下水探測儀的電源裝置，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、儲能電容模塊、光電隔離器電路模塊連接實現(xiàn)恒流放電；放電電流調(diào)節(jié)電路，PC機的放電指令經(jīng)無線WiFi傳輸給無線路由器模塊，經(jīng)以太網(wǎng)串 口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊到達MCU控制模塊產(chǎn)生相應(yīng)的放電控制信號，經(jīng)光電隔離器模塊控制放電 模塊的工作，通過放電電流調(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，儲能電容模塊為寬輸入量程穩(wěn)壓電源電路提供能量來源， 當(dāng)儲能電容模塊的電壓降低到15V左右時，儲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，進而保證恒流放電電路將儲能電容模塊的電 量全部釋放完全，通過改變寬輸入量程穩(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?，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。
【文檔編號】H02J7/34GK205610316SQ201620452983
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月17日
【發(fā)明人】巨長磊, 尚新磊, 賀巖, 孫淑琴, 劉婷婷, 孫辰, 彭良玉, 劉東洋, 李超
【申請人】吉林大學(xué)