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盗墓笔记应用の地下金属探测器的制作

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楼主: wangjiahao88
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wangjiahao88|  楼主 | 2019-8-13 14:50 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-8-13 14:51 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-8-13 14:55 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-8-13 15:11 | 只看该作者
    大定回线源装置常用于工程勘察,在干扰电平较低的情况下观察垂直分量和
水平分量,利用这两个分量来分析判断探测对象的几何形态。磁偶极装置常用于
频率法探测地下对象。中心回线装置简便灵活,当探测对象较小的情况时,为了
加强对探测对象的激励磁场,有时也采用双线框重叠回线装置,它的异常更为简
单,幅度也会增大。
    本设计要求测试系统简便、灵活,综合考虑各种条件,采用中心回线装置。
    因为二次磁场的信号微弱,因此线圈的灵敏度就显得至关重要了。现在采用
的线圈一般有两种,分别是空心线圈和带磁芯线圈。因采集的信号具有宽频特性,
故要求在制作线圈时,线圈要有通频带宽的特点。同时为了提高线圈的灵敏度,
此次系统的线圈选择带磁芯线圈。磁芯线圈一般包括绕组和磁芯两部分,磁芯由
高导磁率的铁氧体材料做成。铁氧体材料具有高起始磁导率、高饱和磁感应强度
值、低矮顽力等特性。在发射频率不变的情况下,线圈中的铁氧体使它的一次磁
场增长,受一次磁场影响,在线圈中产生的二次场也跟随着增强。
    由查询的资料显示:当线圈绕制不紧密时,会对发射电流产生一定的影响,
因此发射线圈必须绕制得紧密。同时,也要对关断期间采集到的信号进行滤波。
本次选择0. 1-0. 3mm的铜导线,它的导电率为。0=0. 59 X 108,相对来说具有较
优的导电率和导热性,抗氧化性好,机械强度也较高,易于线圈的绕制。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-8-13 15:16 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-8-13 15:18 | 只看该作者
    发射装置是这个探测器的重要组成部分,它的稳定性与可靠性关系到二次场
信号的采集。发射系统的工作电流可从几安培到几十安培变化,在理想的情况下,
我们把这种电流看作为阶跃电流,但在实际应用中,由于发射线圈较大的感性负
载以及发射桥路电容电感的影响,电流不可能突变,总会受到关断时间的影响
}2s-2s}}61。正如前面分析的,为了要采集到早期的二次场信号,关断时间越小越好。
同时还要考虑对过冲电流的吸收。我将从以下几个方面来进行系统的设计:激励
波形的选择、发射桥路的设计、驱动电路的设计、过流保护的设置、桥路输出功
率电路、过流缓冲电路。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-8-13 15:18 | 只看该作者
    时域电磁法中,激发场的波形可以采用矩形、梯形、半正弦形、三角形、伪
随机等多种具有周期性的脉冲序列「6]。根据傅里叶理论可知,任何一种脉冲波都
可以分解成许多正弦或余弦谐波成分。如果采用频率域探测法,发射每个谐波,
则地下金属会产生相应的振幅和相位响应。若在不同的时域采样时刻,把各个谐
波激励起来的二次场相叠加,便会得到人们感兴趣的瞬变电磁场。从这点看来,
时域电磁法与频率域电磁法有很深的关系。
    虽然激发场的波形可以选择多种,但在实际应用中大都选择双极性波。采用
双极性波有以下两个作用:
    1.抑制噪声干扰。
    2.抑制观测系统中的直流偏移。
    双极性矩形脉冲与双极性梯形脉冲的频谱能量都集中在n^-n X 103Hz范围之
内。在一般情况下,发送电流脉冲时间要等于它的间歇时间dof,如果dof选值很
小,关断时间tof过大都将使观测值偏离理论的响应值。
    根据资料分析,本设计的激励源采用的波形为双极性方波。方波信号不会像
正弦波一样产生极化效应,方便了信号的放大处理,且没有正交干扰与同相干扰
的优点。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-8-13 15:20 | 只看该作者
    要探测地下金属物体,就需要在检测区域内建立一定强度的磁场,因而需要
较大的驱动功率。过去由于技术条件有限,研究者在设计电磁法发射机时常采用
工频调压的方法,输出电路为可控桥式的。采用这种方式,往往会对测试工作带
来以下不便:
    1.加大了发射机的重量,增大了发射机的体积,很难适应野外复杂的环境。
    2.因为可控硅的关断特性,使得关断时间变长,进而影响到了信号的采集。
    随着电力电子技术的发展,许多大功率的电子元器件应运而生,新器件IGBT
成为本系统的选择。基于瞬变电磁法的原理和采集信号的特点,本设计采用H
桥路来实现功率的输出。如下图4-2所示。

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29
wangjiahao88|  楼主 | 2019-8-13 15:24 | 只看该作者
    系统工作时,IGBT-H 1和IGBT-H2两路控制信号轮流导通与截止,从而在
负载中形成正负交替的双极性波,根据波形的不同,导通与关断时间也将不同。
IGBT-H 1通过驱动I和IV的源信号,从而控制Q1和Q4的通断。IGBT-H2通过
驱动II和III的源信号,从而控制Q2和Q3的通断。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-8-13 15:27 | 只看该作者
    为了提高发射机的功率,本系统选择IGBT大功率器件。因为电子电路的信
号微弱,常常不能控制IGBT的导通与截止,因此需要设计专门的驱动电路。驱
动电路决定着IGBT开关时间的长短及损耗的大小。它的设计会对系统的性能产
生很大的影响。因所选的IGBT属于电力电子型器件,对于驱动电路要采取一定
的保护措施。
    驱动电路主要任务是将信号放大,然后将其加在IGBT控制端和公共端之间,
使其轮流导通与截止。在进行驱动电路的设计时,要注意一下几点:
    (1) IGBT管的栅极耐压值为20V,在IGBT管加超出耐压值的电压,会损坏
IGBT。
    (2)要选择合适的栅极电阻Ro R影响着IGBT的动态性能,在选择上尽量
使R小一些。当R变小时,IGBT的开关时间变快,栅极电容放电也会加快,从
而使开关损耗降低。但R太小,会发生短路现象,导致IGBT误导通或栅极电路
产生振荡。电路中R一般选择几欧姆到几十欧姆。
    (3) IGBT的保护。研究者一般采用电隔离和缓冲吸收方式来保护IGBT,使
得IGBT在出现短路的情况下,在允许的时间范围内关断电压,达到保护IGBT
的目的。
    (4)电路设计中,应正确的布线。驱动电路选择粗导线与IGBT连接,且越
粗越好;驱动电路与GATE级的距离越短越好。
    针对IGBT这种大功率管,本设计选用光祸隔离的驱动方式。驱动芯片选用
IR2110,  IR2110是中小功率变换装置中的首种品牌,具有光祸隔离体积小和电
磁隔离体积快的优点。IR2110具有独立的低端和高端通道,自举悬浮电路,它
的高端工作电压能达到_SOOV,输出的栅极驱动电压范围为10}-20V,逻辑电源
电压范围为5}-15V o IR2110能匹配TTL, COMS电平,工作频率可达_SOOkhz,
响应快。驱动电路如下图4-3所示。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-8-13 15:28 | 只看该作者
    二极管D1选用快恢复二极管RF607,它能够阻止高压,保证C1有足够大
的充电电流,并减小C1向电源DVCC反向回馈电荷。为减小自举电容的漏电流,
C1选用1.OuF的担电容。为缓解器件开通过程的过冲现象,增加栅极驱动电阻
R3和R4, D4与D8能加快IGBT的关断。稳压二极管D_5和C2是为了防止由
于密勒效应而在开通和关断时刻在栅极产生干扰而造成桥臂短路,在驱动电路中
结合IR2110S为IGB T提供负偏压,以加快和保证其可靠关断。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-8-13 16:24 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-8-13 16:24 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-8-13 16:34 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-8-13 16:34 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-8-13 16:35 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-8-13 16:35 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-8-13 17:16 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-8-13 17:22 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-8-13 17:32 | 只看该作者
      (3)模拟积分一数字化叠加取样
    它的工作原理综合上述两种方法,它不像模拟积分方式,每道都有一个积分
器,而是在通道中只采用了一个积分器。设计积分电阻及电容值,使之每次积分
即可达到输入值。相当于每次的取样保持电路都是从零开始取样。这样也相当于
面积取样,起到了一个很好的滤波作用。晚延时道把多次积分采样用计算机叠加
到一起,得到不同采样道的数值后再进行软件积分。
    通过对比三种采样方法,最终选择信号的累加方法来实现电磁信号的取样。

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