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基于FPGA的电磁发射机的研制

樊伟  
【摘要】:电磁法勘探方法分为电阻率法、充电磁法、自然电场法、激发极化法以及电磁感应法。电阻率法包括电阻率剖面法、电阻率测深法和高密度电阻率法;激发极化法包括时间域和频率域极化法;电磁感应法分为电磁剖面法、大地电磁测深法、人工场源频率域电磁测深法和瞬变电磁法。这些方法为电磁法仪器的制造提供了理论基础。多年来,国内外利用电磁法仪器来寻找石油、天然气、地下水、地热资源和矿产资源取得了显著效果。 本文以电磁法勘探理论为指导,分析了目前几种典型的并具代表意义的电磁法仪器的特点,研究了其发射机的优势和劣势,进而研制了基于FPGA的电磁发射机。发射机的设计满足多种物探方法联用的需求,输出波形包括:单极性方波、双极性50%占空比方波、双极性100%占空比方波、三频伪随机波、五频伪随机波以及双频波。 本发射机主要工作包括四个方面:控制系统供电电源的设计、发射机控制电路设计、桥路驱动信号控制设计以及电压电流检测电路设计。在控制系统供电电源设计部分实现了在220V交流输入或+12V直流输入的条件下,提供控制系统所需各个电压等级输出。输出电压包括+12V、模拟±5V、数字+5V、数字+3.3V、数字+1.5V及恒温晶振+5V。在发射机控制电路中通过单片机+FPGA的方式来产生桥路驱动所需的各种波形信号。桥路驱动信号控制部分采用自举法实现了两组轮流导通的电压波形来驱动IGBT栅极的功能。电压电流检测电路设计了前级放大电路、检波电路、电压/频率变换电路和隔离电路。 在发射机设计完成后,对于发射机输出波形、发射功率及发射频率进行了测试,确定了本文发射机的各项性能指标均达到了预期的要求。


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