三維電阻率成像系統的直流升壓電源裝置的製作方法

2023-06-04 04:29:21

專利名稱：三維電阻率成像系統的直流升壓電源裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於地球物理勘探技術領域，是應用於資源與環境勘探技術領域中的直流 電法勘探技術，涉及一種三維電阻率成像系統的直流升壓電源裝置。
背景技術：
早在19世紀初就開始用電法找礦以來，直流電法勘探技術發展了近200年。自20 世紀80年代高密度電法技術發展以來，電法勘探技術得到迅速發展和廣泛應用。直流 電法勘探技術主要以高密度電法為主。
近十幾年來，隨著計算機技術、網絡技術、電子器件的飛速發展，電法找礦已由 高密度電法找礦逐步發展到三維電阻率成像找礦。三維電阻率成像系統一方面需要研 究合理的數學模型、數據處理方法、成像算法等(即軟體部分)，另一方面需要設計具 備數據採集、數據存儲、數據預處理、數據傳輸等功能的系統(即硬體部分)。直流升 壓電源裝置作為硬體系統的一個關鍵組成裝置，需要滿足以下幾個要求
①具備符合CAN總線標準的接口 ，筆記本電腦能通過CAN總線對它進行控制。 ②能夠有8檔以上輸出電壓可以選擇，可以選擇電壓極性，以適應不同被測量對象應 用需要。

發明內容
本發明的目的在於提供一種採用單片機為核心，通過與CAN接口晶片和CAN隔 離變壓器相連，實現CAN總線通信功能的三維電阻率成像系統的直流升壓電源裝置。
本發明所採用的技術方案它採用單片機(U16)為核心，通過與CAN接口晶片(U17) 相連，再和CAN隔離變壓器(U18)相連，單片機(U16)的9個I/0腳和繼電器驅動電 路(U19)相連，驅動9個繼電器(K7-K15)的切換.單片機(U16)的1腳和脈寬調 制控制晶片(U15)的13腳相連；脈寬調製控制晶片(U15)產生一個頻率約為lOOKHz 的方波，通過2個三極體(T1、 T3)、 2個場效應管(T2、 T4)和驅動變壓器(T)進行 電壓升壓變換；繼電器(K7-K14)的不同切換狀態組合，完成輸出電壓大小的選擇， 經過4個整流二極體(Dl-D4)進行整流和2個電容器(C4、 C5)與電感(L2)進行濾 波，得到一個直流電壓，該電壓經過繼電器(K15)進行正負極性的選擇，輸出一個三 維電阻率成像系統所需要的電壓。
器件優選為單片機為STC89S52, CAN接口晶片為SJAIOOO， CAN隔離變壓器為 CTM8251，脈寬調製控制晶片為TL494。直流升壓電源裝置中設有CAN總線通信接口與CAN總線電纜連接。
在筆記本電腦通過CAN總線對其控制下，單片機STC89S52控制脈寬調製控制芯 片TL494產生一個頻率約為100KHz的方波，通過2個三極體、2個場效應管驅動變 壓器，進行電壓升壓變換。單片機STC89S52控制繼電器(Kl-K8)的不同切換狀態 組合，完成輸出電壓大小的選擇，經過4個整流二極體進行整流和2個電容器與電感 進行濾波，得到一個直流電壓。並且單片機STC89S52控制繼電器(K15)進行輸出 電壓正負極性的選擇、供電方式的選擇，輸出一個三維電阻率成像系統所需要的電壓。


圖1、本發明實施例1三維電阻率成像系統的直流升壓電源裝置整體結構圖。 圖2、本發明實施例1脈寬調製控制與功率驅動電路示意圖。 圖3、本發明實施例1電壓選擇與控制電路示意圖。 圖4、本發明實施例1直流升壓電源裝置應用連接圖。
具體實施例方式
結合附圖對實施例1作進一步說明
圖l中，直流升壓電源裝置主要由脈寬調製控制晶片21，功率驅動電路22，升壓 變壓器23，電壓選擇切換電路24，整流濾波電路25，輸出電壓極性和供電方式切換 電路26，單片機27， CAN接口和隔離電路28， CAN總線電纜接頭29。
圖2中，蓄電池組輸入接頭(P6)的1腳和保險管(Fl)的1腳相連，蓄電池組 輸入接頭(P6)的2腳和電阻(Rl)的1展卩、電阻(R2)的2腳、電阻(R6)的1 腳、可調電阻(PR1)的1腳、電容(Cl)的1腳、電容(C2)的2腳、電容(C3) 的2腳、脈寬調製控制晶片TL494 (U15)的7、 15、 16腳、三極體(Tl)的c極、 場效應管(T2)的s極、三極體(T3)的c極、場效應管(T4)的s極相連。蓄電池 組輸入接頭(P6)的3、 4腳分別和CAN總線電纜接頭(P2)的4、 3腳相連。保險 管(Fl)的2腳和電感線圈(Ll)的1腳、電容(C2)的1腳、變壓器(T)的2腳 相連。電感線圈(Ll)的2腳和電容(C3)的1膽卩、TL494 (U15)的8、 11、 12腳 相連。電容(Cl)的2腳和TL494 (U15)的5腳相連。電阻(Rl)的2腳和TL494
(U15)的6腳相連。電阻(R2)的l腳和電阻(R3)的1腳、電阻(R4)的1腳相 連。電阻(R3)的2腳和電阻(R7)的l腳、可調電阻(PR1)的2腳、TL494 (U15) 的14腳相連。電阻(R4)的2腳和電阻(R5)的2腳、TL494 (U15)的2腳相連。 電阻(R5)的1腳和TL494 (U15)的3腳相連。可調電阻(PR1)的3腳和TL494
(U15)的1腳相連。電阻(R6)的2腳和電阻(R7)的2腳、TL494 (U15)的4腳相連。TL494 (U15)的4腳和單片機ST89S52 (U16)的1腳相連。TL494 (U15) 的9腳和三極體(Tl)的b極相連，TL494 (U15)的10腳和三極體(T3)的b極相 連。三極體(Tl)的e極和場效應管(T2)的g極相連，三極體(T3)的e極和場效 應管(T4)的g極相連。場效應管(T2)的d極和變壓器(T)的1腳相連，場效應 管(T4)的d極和變壓器(T)的3腳相連。
圖3中，變壓器(T)的4腳和繼電器(K7)的1腳相連，變壓器(T)的5腳和 繼電器(K7)的2腳相連，變壓器(T)的6腳和繼電器(K8)的1腳相連，變壓器
(T)的7腳和繼電器(K8)的2腳相連，變壓器(T)的8腳和繼電器(K9)的1 腳相連，變壓器(T)的9腳和繼電器(K9)的2腳相連，變壓器(T)的10腳和繼 電器(K10)的l腳相連，變壓器(T)的ll腳和繼電器(K10)的2腳相連，變壓器
(T)的12腳和繼電器(K14)的1腳相連，變壓器(T)的13腳和繼電器(K14) 的2腳相連。繼電器(K11)的l腳和繼電器(K7)的3腳相連，繼電器(K11)的2 腳和繼電器(K8)的3腳相連；繼電器(K12)的l腳和繼電器(K9)的3腳相連， 繼電器(K12)的2腳和繼電器(K10)的3腳相連；繼電器(K13)的1腳和繼電器
(K11)的3腳相連，繼電器(K13)的2腳和繼電器(K12)的3腳相連；繼電器(K13) 的3腳和二極體(Dl)的1腳、二極體(D3)的2腳相連，繼電器(K14)的3腳和 二極體(D2)的1展卩、二極體(D4)的2腳相連。二極體(Dl)的2腳和二極體(D2) 的2腳、電感(L2)的1腳、電容(C4)的1腳相連。二極體(D3)的1腳和二極體
(D4)的1腳、電容(C4)的2腳、電容(C5)的2腳、繼電器(K15)的2、 4腳 相連。電感(L2)的2腳和電容(C5)的1腳、繼電器(K15)的l、 5腳相連。繼電 器(K15)的3、 6腳分別和CAN總線電纜接頭(P2)的7、 8腳相連。圖4中，單片 機ST89S52(U16)的9個I/O腳與繼電器驅動電路(U19)相連，單片機ST89S52(U16) 的P0 口與CAN總線電纜接頭晶片SJA1000 (U17)相連，SJA1000 (U17)與CAN 隔離變壓器CTM8251 (U18)相連，CTM8251 (U18)的6、 7腳分別與CAN總線電 纜接頭(P2)的6、 5腳相連。
為了滿足三維電阻率成像系統對直流升壓電源裝置能夠有8檔以上輸出電壓可以 選擇，可以選擇電壓極性和供電方式的要求，本發明通過繼電器(K7-K15)的切換， 能夠輸出16檔不同大小的輸出電壓，並能夠改變輸出電壓的極性以及直流、方波2 種供電方式的組合方法，其控制切換方法如下
當繼電器(K14)接通於1腳，繼電器(KIO、 K12、 K13)接通於2腳，輸出電 壓的大小約為50V;
當繼電器(KIO、 K14)接通於1腳，繼電器(K12、 K13)接通於2腳，輸出電壓的大小約為100V;
當繼電器(K12、 K14)接通於1腳，繼電器(K9、 K13)接通於2腳，輸出電壓 的大小約為150V;
當繼電器(K9、 K12、 K14)接通於1腳，繼電器(K13)接通於2腳，輸出電壓 的大小約為200V;
當繼電器(K13、 K14)接通於1腳，繼電器(K8、 Kll)接通於2腳，輸出電壓 的大小約為250V;
當繼電器(K8、 K13、 K14)接通於1腳，繼電器(K11)接通於2腳，輸出電壓 的大小約為300V;
當繼電器(Kll、 K13、 K14)接通於1腳，繼電器(K7)接通於2腳，輸出電壓 的大小約為350V;
當繼電器(K7、 Kll、 K13、 K14)接通於1腳輸出電壓的大小約為400V;
當繼電器(KIO、 K12、 K13、 K14)接通於2腳，輸出電壓的大小約為450V;
當繼電器(K10)接通於1腳，繼電器(K12、 K13、 K14)接通於2腳，輸出電 壓的大小約為500V;
當繼電器(K12)接通於1腳，繼電器(K9、 K13、 K14)接通於2腳，輸出電壓 的大小約為550V;
當繼電器(K9、 K12)接通於1腳，繼電器(K13、 K14)接通於2腳，輸出電壓 的大小約為600V;
當繼電器(K13)接通於1腳，繼電器(K8、 Kll、 K14)接通於2腳，輸出電壓 的大小約為650V;
當繼電器(K8、 K13)接通於1腳，繼電器(Kll、 K14)接通於2腳，輸出電壓 的大小約為700V;
當繼電器(Kll、 K13)接通於1腳，繼電器(K7、 K14)接通於2腳，輸出電壓 的大小約為750V;
當繼電器(K7、 Kll、 K13)接通於1腳，繼電器(K14)接通於2腳，輸出電壓 的大小約為800V;
繼電器(K15)的l、 3腳接通，4、 6腳接通，從CAN總線電纜接頭(P2)的2 腳輸出電壓正極，l腳輸出電壓負極；
繼電器(K15)的2、 3腳接通，5、 6腳接通，從CAN總線電纜接頭(P2)的l腳輸出電壓正極，2腳輸出負極；
當繼電器(K15) —直保持一種狀態，便以直流供電方式輸出電壓；
當以周期為1秒 10分鐘，周期性切換繼電器(K15)就可以以方波供電方式輸
出電壓。用本發明應用於三維電阻率成像系統的實施方式
(1)按圖4把硬體連接好。筆記本電腦1和USB-CAN接口轉換器2相連，再 連接到CAN總線電纜5的一個節點上；把三維電阻率成像系統的直流升壓電源裝置4 接到CAN總線電纜5的另一個節點上，蓄電池組3接到直流升壓電源裝置4上。
(2) 筆記本電腦1通過CAN總線與三維電阻率成像系統的直流升壓電源裝置4進 行通信，發送控制命令，控制直流升壓電源裝置開啟、輸出電壓大小的選擇、輸出電 壓正負極性的選擇、供電方式的選擇，輸出一個滿足三維電阻率成像系統所需要的電 壓。
(3) 在一組數據採集完成後，筆記本電腦中的軟體向三維電阻率成像系統的直流升 壓電源裝置4發送控制命令，改變輸出電壓大小、輸出電壓正負極性、供電方式。
(4) 重複(3)過程，直到三維電阻率成像系統所需數據全部採集完畢後，發送控 制命令，關閉直流升壓電源裝置。
權利要求
1、一種三維電阻率成像系統的直流升壓電源裝置，它採用單片機(U16)為核心，通過與CAN接口晶片(U17)相連，再和CAN隔離變壓器(U18)相連，其特徵在於單片機(U16)的9個I/O腳和繼電器驅動電路(U19)相連，驅動9個繼電器(K7-K15)的切換.單片機(U16)的1腳和脈寬調製控制晶片(U15)的13腳相連；脈寬調製控制晶片(U15)產生一個頻率約為100KHz的方波，通過2個三極體(T1、T3)、2個場效應管(T2、T4)和驅動變壓器(T)進行電壓升壓變換；繼電器(K7-K14)的不同切換狀態組合，完成輸出電壓大小的選擇，經過4個整流二極體(D1-D4)進行整流和2個電容器(C4、C5)與電感(L2)進行濾波，得到一個直流電壓，該電壓經過繼電器(K15)進行正負極性的選擇，輸出一個三維電阻率成像系統所需要的電壓。
2、 根據權利要求1所述的一種三維電阻率成像系統的直流升壓電源裝置，其特徵 在於單片機為STC89S52， CAN接口晶片為SJAIOOO， CAN隔離變壓器為CTM8251， 脈寬調製控制晶片為TL494。
3、 根據權利要求1或2所述的一種三維電阻率成像系統的直流升壓電源裝置，其 特徵在於直流升壓電源裝置中設有CAN總線通信接口與CAN總線電纜連接。
4、 根據權利要求3所述的一種三維電阻率成像系統的直流升壓電源裝置，其特徵 在於當繼電器(K14)接通於1腳，繼電器(KIO、 K12、 K13)接通於2腳，輸出電壓 的大小約為50V;當繼電器(KIO、 K14)接通於1腳，繼電器(K12、 K13)接通於2腳，輸出電壓 的大小約為100V;當繼電器(K12、 K14)接通於1腳，繼電器(K9、 K13)接通於2腳，輸出電壓的 大小約為150V;當繼電器(K9、 K12、 K14)接通於1腳，繼電器(K13)接通於2腳，輸出電壓的 大小約為200V;當繼電器(K13、 K14)接通於1腳，繼電器(K8、 Kll)接通於2腳，輸出電壓的 大小約為250V;當繼電器(K8、 K13、 K14)接通於1展卩，繼電器(K11)接通於2腳，輸出電壓的 大小約為300V;當繼電器(Kll、 K13、 K14)接通於l腳，繼電器(K7)接通於2腳，輸出電壓的 大小約為350V;當繼電器(K7、 Kll、 K13、 K14)接通於1腳輸出電壓的大小約為400V; 當繼電器(KIO、 K12、 K13、 K14)接通於2腳，輸出電壓的大小約為450V; 當繼電器(K10)接通於1腳，繼電器(K12、 K13、 K14)接通於2腳，輸出電壓 的大小約為500V;當繼電器(K12)接通於1腳，繼電器(K9、 K13、 K14)接通於2腳，輸出電壓的 大小約為550V;當繼電器(K9、 K12)接通於1腳，繼電器(K13、 K14)接通於2腳，輸出電壓的 大小約為600V;當繼電器(K13)接通於1腳，繼電器(K8、 Kll、 K14)接通於2腳，輸出電壓的 大小約為650V;當繼電器(K8、 K13)接通於1腳，繼電器(Kll、 K14)接通於2腳，輸出電壓的 大小約為700V;當繼電器(Kll、 K13)接通於1腳，繼電器(K7、 K14)接通於2腳，輸出電壓的 大小約為750V;當繼電器(K7、 Kll、 K13)接通於1腳，繼電器(K14)接通於2腳，輸出電壓的 大小約為800V;繼電器(K15)的l、 3腳接通，4、 6腳接通，從CAN總線電纜接頭(P2)的2腳 輸出電壓正極，l腳輸出電壓負極；繼電器(K15)的2、 3腳接通，5、 6腳接通，從CAN總線電纜接頭(P2)的l腳 輸出電壓正極，2腳輸出負極；當繼電器(K15) —直保持一種狀態，便以直流供電方式輸出電壓；當以周期為1秒 10分鐘，周期性切換繼電器(K15)就可以以方波供電方式輸 出電壓。
全文摘要
本發明屬於地球物理勘探技術領域，涉及一種三維電阻率成像系統的直流升壓電源裝置，脈寬調製控制晶片產生一個頻率約為100KHz的方波，通過2個三極體、2個場效應管驅動變壓器，進行電壓升壓變換，並經過整流、濾波得到一個直流電壓。它用單片機控制CAN接口晶片，實現了CAN總線通信功能，因此三維電阻率成像系統中的筆記本電腦能夠通過CAN總線對該直流升壓電源裝置進行控制，通過單片機控制9個繼電器的切換，能夠輸出16檔不同大小的輸出電壓，並能夠改變輸出電壓的極性以及直流、方波2種供電方式，從而輸出一個三維電阻率成像系統所需要的電壓。
文檔編號G01V3/04GK101582635SQ20091011562
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月30日 優先權日2009年6月30日
發明者劉慶成, 軍 謝, 黎定國 申請人:東華理工大學