【正文】 在未來的日子里，我會更加努力的學習和工作，不辜負父母對我的殷殷期望！我一定會好好孝敬和報答他們！55。從課題的選擇到論文的最終完成，于老師始終都給予了細心的指導和不懈的支持。（5）由于本文是針對串聯(lián)諧振式航空電磁法的關鍵技術的研究，每一部分在設計的時候均采用各自的電源，這樣在電源效率方面就不那么令人滿意，所以需要對整個弱電系統(tǒng)電源進行結構的優(yōu)化，包括信號傳輸時光耦隔離的應用，不同電壓等級的DC/DC變換的應用。（4）峰值電流采集功能有待提高，由于前文所介紹峰值電流采集電路采用串行AD芯片而且采樣率比較低，所以必須在AD前端加設峰值檢測電路，并行高采樣率AD芯片的應用對于這個問題的解決是非常有效的。（3）由于本文中的過沖削弱電路并不能完全消除電流過沖，需要進一步研究電流過沖產生的機理，從根本上解決電流過沖問題，這個問題的提出是基于對諧振電路的理論分析得來的，因為理論上晶閘管電流過零時應該處于關斷的狀態(tài)，而由于晶閘管在反向截止的過程中，空穴載流子需要一定的時間復合，這樣會產生反向回復電流，也就是發(fā)射線圈電流過零的時候會產生一定過沖電流。（2）電路結構的需要進一步優(yōu)化，其中比較突出的問題是功率回路的接觸電阻過大導致的連接處過熱的問題，過大的接觸電阻同時會導致峰值電流的下降，嚴重影響發(fā)射機的整體效率并會帶來一定的安全隱患。此發(fā)射機具有發(fā)射大偶極峰值距的能力，在直升機時間域航空電磁勘察系統(tǒng)中有很廣闊的應用前景。 發(fā)射機實物照片 展望本文主要研究串聯(lián)諧振式航空電磁法發(fā)射機的關鍵技術，在對大量技術資料的分析、總結的基礎上，通過大量的仿真實驗及硬件測試完成的。針對電流過沖對后續(xù)數(shù)據處理帶來的不利影響，設計完成了過沖削弱電路，它是通過延時時序信號后控制雙向晶閘管導通，在電流將要過零時將一個功率電阻并聯(lián)到發(fā)射線圈兩端以消耗一定功率，達到削弱電流過沖的目的。 本論文的主要貢獻 本主要研究成果： （1）功率發(fā)射電路的設計實現(xiàn) 通過選取合理的功率發(fā)射電路方案，確定了串聯(lián)諧振方式的半正弦電流發(fā)射電路，給出了電路的結構原理并分析了電路的工作過程，通過對課題要求指標的計算選擇相應的功率器件和發(fā)射線圈的設計、測試；完成了以單片機為控制核心時序發(fā)生電路，給出了相應的硬件電路設計原理圖和軟件流程圖；設計并實現(xiàn)了分立元件搭建的大功率晶閘管驅動電路，給出了相應的電路設計原理圖；將時序發(fā)生電路與驅動電路結合到一起做到PCB電路板上，通過示波器測試驅動電路輸出的驅動信號，驗證了該部分滿足發(fā)射電路的要求。目前國外已有多家公司能夠生產相關的航空電磁勘察系統(tǒng)，而我國在這一領域還處于空白階段，鑒于直升機時間域航空電磁勘察系統(tǒng)是尋找地下水、良導金屬礦體以及地質填圖等多種勘查任務的快速、有效的地質勘查方法，有很好的應用前景，我國相關單位已經開始著手研究直升機時間域航空電磁勘察系統(tǒng)。20Ω功率電阻并聯(lián)到發(fā)射線圈兩端時，%的過沖電流，效果比較理想。本章主要完成了室內測試實驗，包括介紹發(fā)射電流波形的測試分析、過沖削弱電路的功能測試和分析。，圖中顯示發(fā)射線圈的過沖電壓為75V。過沖削弱單元開通后，功率電阻與發(fā)射線圈并聯(lián)，功率電阻的電壓波形即為發(fā)射線圈的電壓波形。 電流過沖波形圖。 有過沖削弱單元功率電阻電壓波形其次，分析過沖削弱電路對過沖電流的削弱能力，由瞬變電磁探測原理的知識我們知道，接收系統(tǒng)接收的信號是發(fā)射電流關斷后電流相對于時間的變化率。測試結果如下：，圖中上半部分是發(fā)射線圈電流過零時的波形，下半部分是功率電阻兩端的電壓波形。 過沖削弱單元測試結果及分析該單元的工作過程為第3章完成的驅動信號輸入雙向可控硅的門極和陰極，在交流半正弦兩個半波電流波形將要過零的時刻開通，功率電阻并聯(lián)到發(fā)射線圈兩端，由于此時感性發(fā)射線圈電流的變化率不為零，因此線圈電感的感應電動勢將加到功率電阻兩端，部分能量將以熱量的形式消耗在功率電阻上，從而到達削弱電流過沖的目的。 電流波形對比圖從結果對比圖中我們可以發(fā)現(xiàn)兩個波形前半段差異比較大，最大差異處達到了峰值電流的12%，%，但兩波形形狀還是比較吻合的。 仿真電流波形，測量每點的電流值形成的表格。，計算每個測點電流值形成的數(shù)據表格，從表中數(shù)據可以看出峰值電流達到2725A，超過課題要求2500A的指標。 發(fā)射電流波形結果分析通過計算分析實測發(fā)射線圈電流波形，并與相同參數(shù)設置得到的仿真電流波形進行比對，檢測波形差異、脈沖寬度差異、峰值大小差異的參數(shù)，最終得到發(fā)射機發(fā)射電流波形量化指標。………………………（）式中為電阻兩端電壓峰值，為電阻阻值，后面的系數(shù)是互感器變比，將、達到了課題要求的2500A的指標。 互感器實物，由歐姆定律電阻兩端的電壓與電流呈線性關系，電阻電壓波形即為互感器二次側的電流波形。 測試現(xiàn)場 電流發(fā)射測試結果分析 發(fā)射電流峰值計算依據課題要求，本文重點分析發(fā)射線圈電流波形，由于線圈中的電流過大而且線圈的電阻只是一個等效電阻無法直接測量，所以選用間接的測試手段，通過感應式互感器測量發(fā)射線圈電流波形。主要測試工具為美國Tektronix公司生產的TDS2012B型數(shù)字存儲示波器。第4章 發(fā)射機整體功能測試與結果分析54第4章 發(fā)射機整體功能測試與結果分析 概述在前三章工作內容基礎上，本章將發(fā)射機功率電路部分和弱電系統(tǒng)部分整合到一起進行室內測試實驗，通過觀測示波器各個部分的實驗波形以及分析相關數(shù)據給出量化指標。弱電系統(tǒng)主要包括四個單元：主控時序信號發(fā)生單元、功率晶閘管和雙向可控硅驅動單元、峰值電流信號采集記錄單元和電流過沖削弱單元。參考前文設計過程確定雙向可控硅額定電流50A。這樣就導致需要較高的門極觸發(fā)電流才能開通雙向可控硅，而且從雙向可控硅觸發(fā)到負載電流開始流動，延遲時間較長，這就需要觸發(fā)電流維持較長的時間。 雙向可控硅觸發(fā)象限 雙向可控硅V/I特性曲線雙向可控硅工作過程中，門極用單極脈沖或直流觸發(fā)時，最好采用負的門極電流。圖中“+”和“”表示端子電壓的正極和負極。發(fā)射線圈中流通的是交變的半正弦電流，過沖的削弱工作應該對電流正負半波的過沖都起作用，本文選用可以工作在四象限的雙向可控硅作為功率開關器件。圖中黃色波形是可控的延時信號，藍色波形是驅動電路輸出信號，圖中延時大概4ms，實驗時可根據需要調整波形的后延來控制功率電阻并接到發(fā)射線圈的時刻。 電流采集記錄與過沖削弱控制電路原理圖自此，電流采集記錄單元和過沖削弱單元的控制部分設計完成。RC3和RC4完成第二個階段的固定延時。圖中ININ2是兩路輸入信號，OUTOUT2是輸出信號。利用兩路主控單元時序控制信號的上升沿觸發(fā)第一個階段的可調延時，該信號延時可調整為接近電流過零時刻。 時序電路設計該單元所需時序信號通過延時主控單元時序控制信號（）來實現(xiàn)，最終信號的產生由可調延時和固定延時兩個階段組成[3638]。 峰值電流采集記錄單元軟件流程圖本節(jié)研究電流過沖削弱關鍵技術，在發(fā)射線圈半正弦電流即將過零的時候將一個功率電阻并聯(lián)于發(fā)射線圈的兩端以消耗一部分過沖電流達到削弱過沖的目的。單片機將首次讀入的電流數(shù)據和時鐘數(shù)據存入EEPROM第一個單元中，然后繼續(xù)讀取AD芯片轉換過來的電流數(shù)據和時鐘發(fā)生芯片送入的時鐘信息，同時將每次讀入的峰值電流數(shù)據與存儲單元中最新寫入的數(shù)據做比較，當電流峰值變化的絕對值超過100A時，單片機將當前電流峰值和當前時間點存入下一個EEPROM單元中，這樣周而復始直到實驗結束，由于EEPROM芯片AT24C02的存儲空間只有256個字節(jié)，而存儲一組數(shù)據需要4個字節(jié)，所以該存儲芯片只能存儲64組數(shù)據，當數(shù)據組數(shù)超過64時，新讀入的數(shù)據將覆蓋原來的數(shù)據。為了實現(xiàn)前文所述峰值電流采集記錄單元的功能，主控單元的工作過程應該分為兩個階段，實驗過程中和實驗結束后，不同的工作階段選擇撥碼開關的不同檔位。 DS1302電路原理圖，也采用I2C總線串行控制方式，地址端口A0、AA2選為固定000地址，模擬信號輸入選擇AINAINAIN3端口同時接收模擬信號，用以后續(xù)數(shù)據處理對比。本節(jié)給出了峰值電流采集記錄主控單元的部分主要芯片的硬件電路原理圖，采用I2C總線串行控制方式，單片機端口P24給AT24C02提供串行時鐘信號，P25端口進行串行數(shù)據收發(fā)，地址輸入端口A0、AA2選為固定000地址。 峰值檢測電路測試結果 主控單元硬件部分設計主控單元采用STC系列51單片機89C54RD+作為控制核心，該芯片具有廉價、通用性好的特點[3235]，并配合掉電數(shù)據不丟失的EEPROM存儲芯片AT24C0時鐘芯片DS130AD轉換芯片PCF8591和液晶顯示模塊LCD1602完成電流峰值信號突變前后電流值記錄、存儲以及實時顯示和實驗后的顯示。 峰值檢測電路原理圖。上電后電流互感器輸出的模擬信號接入峰值檢測電路，通過采樣保持并與輸入端信號比較得到一個與峰值大小相等的直流電平。因此，峰值電流采集記錄單元應該包括能夠監(jiān)測模擬信號峰值變化的峰值電流采集單元和完成控制協(xié)調工作的主控單元組成，其中主控單元又包括模數(shù)轉換單元、時鐘發(fā)生單元、具有掉電不丟失功能的存儲單元和液晶顯示單元。本章將著重介紹峰值電流采集記錄單元和過沖削弱單元的設計原理和每個單元的工作過程，給出相應單元的電路原理圖和測試結果，最后結合上一章所述內容對整個弱電控制系統(tǒng)進行總結并整合到一起裝入機箱。感性發(fā)射線圈電流固有的在過零時的過沖也會干擾接收系統(tǒng)對于淺層瞬變電磁信號的分辨，從而影響瞬變電磁系統(tǒng)數(shù)據處理的精度。第3章 電流采集記錄與過沖削弱關鍵技術研究第3章 電流采集記錄與過沖削弱關鍵技術研究 概述在直升機航空瞬變電磁勘察系統(tǒng)飛行過程中，無法直接觀測發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射電流是否有突變的情況發(fā)生。根據所選串聯(lián)諧振的發(fā)射方案研究了功率器件的選型，發(fā)射線圈的設計制作。、由圖中結果可以看出，三種頻率的波形均滿足晶閘管驅動電路所要求的強脈沖輸出。驅動電路設計完成后，將控制電路與驅動電路組合并且制作了PCB電路板。 驅動電路的硬件設計本文所設計硬件電路采用分立元件構成，控制單元輸出信號OUTOUT2經過輸入電阻進入驅動單元，功放2選用達林頓管TIP122，它起到放大時序信號電流的作用，穩(wěn)壓管Z1用來穩(wěn)定電源電壓，二極管DD2起到防止反接的保護作用，電阻RR4是限流電阻，變壓器TT2變比為1：1的脈沖變壓器，變壓器通過保護二極管連接到晶閘管觸發(fā)端，本節(jié)采用一對發(fā)光二極管指示脈沖輸出信號。在導磁率較高的鐵磁材料上繞制的變壓器，能夠很好的把一次側的脈沖信號傳輸?shù)蕉卫@組，二次繞組與晶閘管連接，電路與控制電路有良好的電氣絕緣，適合做大功率器件的驅動隔離。它是一種將電信號轉換為光信號，又將光信號轉換為電信號的半導體器件，具有可實現(xiàn)輸入輸出間電隔離，且絕緣性能好，抗干擾能力強的優(yōu)點，但是單體驅動能力有限，還需要后續(xù)功率放大電路。由于主電路電壓經常高于觸發(fā)電路的電壓，采用直接連接容易造成操作不安全，主電路又往往干擾觸發(fā)電路。驅動電路與晶閘管電路的連接方式可以分為三種。實際應用中，晶閘管