本發(fā)明涉及探測領域，具體來說是涉及一種基于動態(tài)補償的核磁共振找水儀發(fā)射機。

背景技術：

淡水是日漸緊缺的資源，在干旱地區(qū)地表水無法滿足人們的需求。因此，對地下水資源的勘探和開采也逐步引起人們的重視。核磁共振找水方法是世界上唯一通過地球物理原理地表直接找水的方法，通過在地表發(fā)射拉莫爾頻率的電磁脈沖，極化地下水使其產生核磁共振現象，將接收到的水中氫原子的弛豫信號進行反演，就可以獲取探測地區(qū)地下的水文信息?？碧降叵滤Y源時，需要靠地表發(fā)射電流脈沖信號對水層進行極化，極化水中氫核的過程由核磁共振找水儀的發(fā)射機來激發(fā)地下水層。原理是在發(fā)射天線上加載巨大的交變電流，由交變電流激發(fā)巨大的電磁脈沖，最后電磁脈沖穿過地層對地下水層進行極化。

對勘探水層的極化程度，主要由發(fā)射機發(fā)射脈沖的脈沖矩決定，電磁脈沖矩是由發(fā)射電流與發(fā)射時間的乘積來決定的。單次脈沖矩的極化程度有限，因此需要多次激發(fā)以提高極化的程度，地表核磁共振接收機接收的信號就越強。因為采用大電容直接給發(fā)射機供電，所以在電容供電的過程中，電容上的電壓會隨時間成指數形式快速衰減，在現有的設計中為了使發(fā)射的脈沖矩比較穩(wěn)定，一般單次發(fā)射時間約為幾十毫秒，在電容電壓衰減不明顯的時間內完成發(fā)射。所以導致的電磁脈沖發(fā)射的時間十分短暫，使發(fā)射的電流脈沖的脈沖矩受到限制，對水層進行一定程度的極化時往往需要進行多次激發(fā)，比如法國的numis找水儀的脈沖矩最大為9000a/ms，在一般性測量過程中需要進行60余次激發(fā)。在電磁脈沖矩的發(fā)射時間上限制了發(fā)射機的工作效率。

技術實現要素：

本發(fā)明提供一種基于動態(tài)補償的核磁共振找水儀發(fā)射機，可以在電容放電過程中同時進行電容電壓補償，讓電容電壓下降到一定程度前，能夠通過補償電容電壓讓發(fā)射機發(fā)射更長的時間，可以提升發(fā)射脈沖的脈沖矩最大為60000a/ms，縮短對水層進行同等程度極化的激發(fā)次數，大大提升發(fā)射機的工作效率。

本發(fā)明采取的技術方案為：

一種基于動態(tài)補償的核磁共振找水儀發(fā)射機，包括控制模塊、發(fā)射機充電模塊、發(fā)射機脈沖發(fā)射模塊。

所述控制模塊包括單片機模塊、pc機，單片機模塊連接pc機；所述發(fā)射機充電模塊包括鋰電池組、第一繼電器、升壓電路、恒流源、供電大電容、檢測電路；所述鋰電池組連接第一繼電器，第一繼電器連接升壓電路，升壓電路連接恒流源，恒流源連接供電大電容。所述升壓電路、恒流源、供電大電容均連接檢測電路；所述第一繼電器、升壓電路、恒流源、檢測電路均連接單片機模塊。

所述發(fā)射機脈沖發(fā)射模塊包括第二繼電器、開關器件控制模塊、拉莫爾頻率發(fā)生器、h橋逆變器模塊、諧配電容、發(fā)射線圈；所述第二繼電器連接h橋逆變器模塊，h橋逆變器模塊連接諧配電容，諧配電容連接發(fā)射線圈；所述第二繼電器連接單片機模塊，所述單片機模塊連接拉莫爾頻率發(fā)生器，拉莫爾頻率發(fā)生器連接開關器件控制模塊，開關器件控制模塊連接h橋逆變器模塊。

本發(fā)明一種基于動態(tài)補償的核磁共振找水儀發(fā)射機，技術效果如下：

1、改進充電電路，可以在充電電容對發(fā)射電路供電時，同步實現電壓補償，延時電容電壓衰減。

2、升壓電路可以實現24-300伏特的電壓升壓輸出，功率輸出達200w。

3、恒流源輸出1a的恒流源，對充電電容恒流充電。

4、充電電容電壓可實現200毫秒的電壓穩(wěn)定輸出。輸出電磁脈沖矩可達60000a/ms。

5、發(fā)射機可以提升對地下水層的極化效率。

6、電池組采用功率密度更大且更為適用野外的鋰電池組供電設計。

7、加入繼電器組，提升發(fā)射機的工作的可靠性。

8、加入檢測電路，通過反饋控制和算法實現電路的精確控制。

9、傳統(tǒng)的核磁共振發(fā)射機設計在供電電容放電的過程中電壓快速衰減的問題。使得發(fā)射機穩(wěn)定發(fā)射電磁波的時間受到限制，單次發(fā)射的電磁波對地下水層的極化程度有限。本發(fā)明一種基于動態(tài)補償的核磁共振找水儀發(fā)射機，可以在充電電容在放電過程中同步補償電容上的電壓，使得電容能夠更長時間對發(fā)射機供電，通過延長發(fā)射時間來提高發(fā)射機的發(fā)射電磁脈沖矩，單次發(fā)射的電磁波對地下水層的極化程度的得到提高，最終在探測過程中發(fā)射機的工作效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的模塊連接示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種基于動態(tài)補償的核磁共振找水儀發(fā)射機，包括控制模塊a001、發(fā)射機充電模塊a002、發(fā)射機脈沖發(fā)射模塊a003。

所述控制模塊a001包括單片機模塊a011、pc機a012，單片機模塊a011連接pc機a012。所述單片機模塊a011實現對發(fā)射機系統(tǒng)協(xié)調控制，實現對各個模塊的控制，通過算法和控制策略使各個模塊有序工作。并且數據的采集并上傳給pc機a012進行進一步演算。所述pc機a012實現對發(fā)射機的數據設置，并對接受數據進行接受和反演。

所述發(fā)射機充電模塊a002包括鋰電池組a001、第一繼電器a002、升壓電路a003、恒流源a004、供電大電容a005、檢測電路a010。所述鋰電池組a001連接第一繼電器a002，第一繼電器a002連接升壓電路a003，升壓電路a003連接恒流源a004，恒流源a004連接供電大電容a005。所述升壓電路a003、恒流源a004、供電大電容a005均連接檢測電路a010。所述第一繼電器a002、升壓電路a003、恒流源a004、檢測電路a010均連接單片機模塊a011。

所述供電大電容a005采用進口日立鋁電解電容，耐壓450v，容值33000uf器并聯組成，并聯4個電容器組成所設計的0.132f電容器。

所述恒流源a004是基于irfpc60場效應管設計的，可輸出1安培的恒定流給供電電容；在1安培輸出電流情況下，電壓輸出范圍為0~400伏特。

所述鋰電池組a001為整個找水儀提供電能，采用鋰電池組a001具有較高的功率密度，且適用于野外作業(yè)的優(yōu)點。所述第一繼電器a002實現對鋰電池組a001與發(fā)射機充電電路的通斷，并且起保護電路的作用。所述升壓電路a003通過dc-dc升壓電路，實現將鋰電池組a001的低壓提升至300伏特，為充電電容提供高電壓。所述恒流源a004實現對充電電容的恒流充電，可以在充電過程中使電容電壓線性上升。所述供電大電容a005積累電荷，將電壓提升至300伏特，并最終對發(fā)射機脈沖發(fā)射模塊a003直接供電。所述檢測電路a010對電容上的電壓以及恒流源a004電流進行檢測，并將相關數據采集送給單片機模塊a011對電路進行反饋控制。

所述發(fā)射機脈沖發(fā)射模塊a003包括第二繼電器a006、開關器件控制模塊a014、拉莫爾頻率發(fā)生器a013、h橋逆變器模塊a007、諧配電容a008、發(fā)射線圈a009。所述第二繼電器a006連接h橋逆變器模塊a007，h橋逆變器模塊a007連接諧配電容a008，諧配電容a008連接發(fā)射線圈a009。所述第二繼電器a006連接單片機模塊a011，所述單片機模塊a011連接拉莫爾頻率發(fā)生器a013，拉莫爾頻率發(fā)生器a013連接開關器件控制模塊a014，開關器件控制模塊a014連接h橋逆變器模塊a007。

本發(fā)明所涉及開關器件控制模塊a014采用富士公司生產的混合型ic驅動器件exb841，利用該器件對由igbt構成的h橋電路進行驅動。驅動信號延時低于1us,頻率輸出范圍在40~50khz。同時有正負偏壓、過流檢測和軟關斷保護等主要功能。

h橋逆變器模塊a007的h橋主要器件為igbt器件，選用skm600gb126d型igbt模塊，耐壓值為1200v，最大電流為600a，使用兩組igbt時，構成h橋路。

所述諧配電容a008，通過多個不同容值的高壓薄膜電容器cbb81-2kv223j系列電容組成，配諧電容的范圍為0.1uf~20uf，配諧精度為0.1uf。

所述第二繼電器a006實現充電電容對發(fā)射電路的開關，以控制發(fā)射電路的啟停。所述拉莫爾頻率發(fā)生器a013由控制模塊設置當地的拉莫爾頻率，并通過數字信號合成技術產生拉莫爾頻率信號。所述開關器件控制模塊a014，根據拉莫爾頻率的控制信號控制h橋逆變器模塊a007，在發(fā)射線圈a009中產生拉莫爾頻率大電流脈沖信號。所述諧配電容a008通過配置與發(fā)射電路先對應的電容，在拉莫爾頻率下電路發(fā)生串聯諧振，產生最大的激發(fā)電流。所述發(fā)射線圈a009中產生巨大的電流激發(fā)電磁場，對地下水層極化。

一種發(fā)射機電容電壓動態(tài)補償方法，恒流源a004實現將對供電大電容a005的充電，檢測電路a010實時供電大電容a005電壓檢測，當電壓達到300伏特時，轉接升壓電路a003恒壓輸出到供電大電容a005；再控制升壓電路a003穩(wěn)定在300伏特輸出，將電容電壓穩(wěn)定在300伏特。在發(fā)射機工作發(fā)射電磁脈沖時，同步對供電大電容a005上的電壓動態(tài)補償，通過檢測電路a010實時檢測供電大電容a005上的電壓電流，對充電電路的采集參數計算實時的充電功率，控制輸出在300伏特，因充電電路充電功率存在極限，所涉及的單片機內部程序計算實時充電電路的充電功率，當充電功率達到預設閥值時，則控制第二繼電器a006暫停發(fā)射機工作；當電容電壓損耗補償完，充電電路的采集參數計算實時的充電功率等于0時，控制第二繼電器a006導通，發(fā)射機再次工作。

一種基于動態(tài)補償的核磁共振找水儀發(fā)射機控制方法：

步驟一：由控制模塊a001的pc機a012設置當地的拉莫爾頻率，并傳遞給單片機模塊a011對拉莫爾頻率發(fā)生器a013進行控制，發(fā)生相應的頻率；

步驟二：由控制模塊a001的pc機a012向單片機模塊a011發(fā)送充電命令，單片機模塊a011控制發(fā)射機充電模塊a002開始工作；

步驟三：發(fā)射機充電模塊a002的第一繼電器a002導通，鋰電池組a001對系統(tǒng)供電，充電電路對充電電容恒流充電；

步驟四：當充電完成后，單片機模塊a011控制拉莫爾頻率發(fā)生器a013，產生了拉莫爾頻率的控制信號，單片機模塊a011控制第二繼電器a006，在發(fā)射機發(fā)射拉莫爾頻率天線激發(fā)電磁脈沖信號，極化地下水層；

步驟五：在進行步驟四的同時，即電容在對發(fā)射機脈沖發(fā)射模塊a003供電時，同時對電容恒壓充電，當補償電流低于恒流源a004輸出電流時，對電容同步補償充電；

步驟六：在同步補償電容電壓，電容輸出電壓出現延時衰減時，單片機模塊a011控制第二繼電器a006關斷，暫停輸出，對將電容充電將電壓提升至300伏特；

步驟七：第二繼電器a006導通，控制發(fā)射電路再次激發(fā)電磁脈沖，極化地下水層。

各個功能單元的工作步驟如下：

（1）所述控制模塊a001，通過pc機a012設置當地的拉莫爾頻率。

（2）所述單片機模塊a011，根據pc機a012設置的參數，控制頻率發(fā)生器產生相應頻率。

（3）再由pc機a012向發(fā)射機充電模塊a002設置“充電”命令。

（4）發(fā)射機充電模塊a002控制第一繼電器a002導通，鋰電池組a001組向發(fā)射機模塊供電。

（5）升壓電路a003將實現將電壓24-300的升壓，實現300伏特的電壓輸出。

（6）恒流源a004電路，實現1安培的恒流源電流輸出，對充電電容恒流充電。

（7）檢測電路a010檢測恒流源a004輸出電流和電容電壓，實現對恒流源a004的輸出反饋控制。

（8）當電容電壓達到300伏特時，反饋至pc機a012。

（9）pc機a012收到單片機模塊a011反饋的信息，向發(fā)射機設置發(fā)射次數后，再通過pc機a012設置“發(fā)射”命令。

（10）發(fā)射機接受到“發(fā)射”命令，控制第二繼電器a006導通，并控制h橋實現拉莫爾頻率的輸出。

（11）在第二繼電器a006同步導通同時，同時對充電電容電壓同步動態(tài)補償。

（12）發(fā)射天線實現激發(fā)電磁脈沖，電磁脈沖對地下水層氫原子極化。

（13）當檢測電路a010檢測到電容電壓出現衰減，充電電流達到1安培時，控制模塊a001暫停發(fā)射機脈沖發(fā)射電路工作。

（14）發(fā)射機脈沖電路暫停工作時，充電電路對電容充電。

（15）充電電容電壓充滿時，再次控制發(fā)射電路激發(fā)電磁脈沖。

（16）電路循環(huán)充放電過程，發(fā)射電路間歇性工作，當達到預設的工作次數后停止，再由核磁共振找水儀接受機配合工作，并接受信號。