专利名称：可变脉宽激电发送机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于物探设备，是一种可变脉宽的激电发送机。
背景技术：
地下介质，包括油藏、金属矿、地下水、天然气等，从电性角度看，可被认为是阻容网络。不同的物质成份其阻容特征值不同。当受外电场作用，地下有限空间内将产生类似于充放电的随时间变化的附加电场。这一现象被称为岩石的激发极化效应。利用这一物理机理进行地质勘探的方法叫做激发极化法，简称激电法。实施激电探测的基本作业方式是，在探测区域内向地下提供大功率的人工电场，沿地面或井下进行信号测量。
针对阻容网络受激发后会产生相移，可设计出相关仪器测量网络响应信号的实部和虚部，进而求出相移量。传统的设计思想是，向地下提供两种频率的方波脉冲，通常高端频率为4Hz，低端频率为0.308Hz。先进行高端测量，后进行低端测量。求出高低端的相移量后，进行相减运算，得到所谓的频散率。依据频散率推断地下的物质成份。已有专利CN 88105655双频道多参数频谱激电观测系统。
传统激电法的不足之处是1、用单频脉冲(单谱)或双频脉冲(双谱)向地下供电，其探测深度范围受到限制。一种固定频率在某一地区可测达数十米深，而在另一地区可能只有数米的深度。
2、不能清晰反映地下异常地质体的边缘，只能刻划出地下异常体的大致范围，精度较低。
3、传统激电法在向大地供电时，正负供电电极相隔距离较大，其跨度要远大于被测矿区。有效的信号测量范围被限制在两供电电极之间的三分之一地段内。其原因是，该地段的地下可被认是均匀电场分布，数学模型较易建立，异常解较容易得到；而更为主要的原因是，若不在上述地段测量，譬如将测点移到正负供电电极所跨的区间之外，则测量电路不容易检测到附加电场的起始时刻。

发明内容
本实用新型是一种由发送机和接收机组成的广谱激电测量系统的发送机部分，本发送机是一可变脉宽的激电发送机，特点是提供两种供电方波脉冲，一种是正向、停、负向，且占空比为1∶1∶1，另一种是正向、正向、负向、正向、负向、负向、正向、负向；提供4～8种脉宽的方波向地下供电，脉宽的变化范围为62.5ms、125ms、250ms、500ms、1s、2s、4s、8s八种。发送时，从高频开始，每送出一个周期的方波后，自动改变脉宽，送出宽度加倍的脉冲。方波从高到低扫频输出，循环往复。发送机与接收机通过无线信号取得同步，在每次供电方波的上升沿，由发送机发出同步信号，与远处的接收机进行同步。由于发送机和接收机内部都预置了运行程序，收发之间同步工作，测量可有序地进行。通过测量多频率不同脉宽供电时的激电信号，经数据处理，可获取自地表浅部到地下深部的激电信息，从立体角度反演出地下的电性成像。可变脉宽激电发送机由单片机、逻辑控制电路、开关电路和直流电源组成。


图1是供电制式1供电波形。
图2是供电制式2供电波形。
图3是发送机电原理框图。
图4是发送机控制逻辑电路。
图5是发送机开关电路。
图6是发送机电源示意图。
具体实施方式
见图1、图2，本可变脉宽激电发送机提供两种制式供电方波脉冲，一种是正向、停、负向，且占空比为1∶1∶1，另一种是正向、正向、负向、正向、负向、负向、正向、负向；提供4～8种脉宽的方波向地下供电，脉宽的变化范围为62.5ms、125ms、250ms、500ms、1s、2s、4s、8s八种。具体的制式选择由发送机控制逻辑电路的数码拨盘M和数码拨盘T指定(见图4)，M拨盘的输出为M1、M2、M3、M4，四种模式；T拨盘决定脉宽。M拨盘定义的工作模式见下表

可变脉宽的激电发送机提供变频与扫频输出供电方波脉冲，发送时，从高频开始，每送出一个周期的方波后，自动改变脉宽，送出宽度加倍的脉冲，方波从高到低扫频输出，循环往复。
见图3、图4，可变脉宽的激电发送机，包括单片机1、逻辑控制电路2、开关电路3和直流电源4，其中，开关电路3由场效应管Q1～Q4、驱动器(N13、N14)、光电耦合器N15～N18、放大器N19、与门N21及比较器N20组成，其特征在于在逻辑控制电路2中设有同步开关5(同步开关5发射同步信号)，同步开关5的第3脚经电阻R15接光电耦合器N9的第9脚，其输出端发射同步信号；逻辑控制电路2由数码拨盘M和数码拨盘T、程序存储器N1、模拟开关(N11、N12)、扩展口N4、显示器6、锁存器N2、驱动器N5、光电耦合器N6～N9及同步开关5组成。
见图4～图6，现对发送机进一步说明如下运行程序存储在程序存储器N1中，程序存储器N1选用EPROM 2732。
M拨盘的选择内容送至模拟开关N11，T拨盘的选择内容送至模拟开关N12。
单片机(8031)的P11和P13轮流置逻辑“1”，P14～P17读入M拨盘和T拨盘的选项，决定发送机在何种模式。发送机开始工作时，通过RXD、TXD、INTI、INTO等引脚向扩展器8243送入有关的控制字。
扩展口N4的P4口和P5口输出显示信息，送给显示器6。P6口输出同步信号，经驱动器N5驱动后面的光电耦合器N6～N9(本发送机设计了四路触发信号，每路信号可驱动一个无线同步开关，这是为今后遥控多台接收机准备的，图中只用一路触发信号TP4)，信号通过光电耦合器N9输出，控制同步开关5开启或关闭，即发出同步信号遥控远处的接收机。按照不同的模式，P70和P71送相应的逻辑信号Z和F。
见图4，Z信号和F信号经与门N21及驱动器N13后，分别为Z1和F1，其逻辑电平与Z和F相同。Z1电平的高低决定了光电耦合器N15、N16的通断。当Z1为“1”(高电平)、F1为“0”(低电平)时，F1G与F1S、F3G与F3S不导通。场效应管Q1和Q3的栅源之间有分压(分别由H+和Q+提供)，从而场效应管Q1和Q3形成漏源通路。外接的高压电源E+经Q1-D1-A-BQ3-D5，返回E-，实现从A至B的正向供电。当F1为“1”、Z1为“0”时，与上述过程相仿，场效应管Q2、Q4导通，场效应管Q1、Q3截止，实现从B至A的负向供电。而当F1和Z1皆为“0”时，F1G与F1S、F2G与F2S、F3G与F3S、F4G与F4S分别都形成短路，场效应管Q1～Q4的栅源间均无分压，全部关断，A、B之间无功率输出，此为停止供电状态。
见图5，开关电路3中设有过流保护电路，保护电路由电阻R47、放大器N19、电压比较器N20及与门N21等组成。R47为取样电阻，当供电电流大于5A时，取样电压为2V，经放大器N19送至电压比较器N20，使其反转，输出“0”电平，封锁与门N21，并使得Z1、F1都为“0”，停止向大地供电。
见附图6可了解发送机电源电路的工作情况。反相器N10、电阻R17、R18、电容C4组成多谐振荡器。经P1～P4推挽放大，形成具有负载能力的振荡波形。在变压器的次级，有多组绕组，其输出经整流成直流电压。其中，H+、I+、Q+分别被送至各场效应管，作为各场效应管的开关电压，并受控于Z1和F1。K+、K-为同步开关的电源，S+和S-作为放大器的电源。它们均不与Vcc共地。
附图标记单片机选用8031；同步开关选用ZJY-12A。
N1程序存储器EPROM 2732； N2锁存器74ALS373；N4并行扩展8242； N5驱动器4049；N6～N9光电耦合器TIL117； N10反向器4069；N11、N12模拟开关4066； N13、N14驱动器4049；N15～N18光电耦合器TIL117； N19隔离放大器ISO122；N20电压比较器LM119； N21与门4081。
权利要求1.可变脉宽激电发送机，包括单片机(1)、逻辑控制电路(2)、开关电路(3)和直流电源(4)，其中，开关电路(3)由场效应管(Q1～Q4)、驱动器(N13、N14)、光电耦合器(N15～N18)、放大器(N19)、与门(N21)及比较器(N20)组成，其特征在于；在逻辑控制电路(2)中设有同步开关(5)，同步开关(5)的第3脚经电阻(R15)接光电耦合器(N9)的第9脚；发送机提供变频与扫频输出供电方波脉冲，发送时，从高频开始，每送出一个周期的方波后，自动改变脉宽，送出宽度加倍的脉冲，方波从高到低扫频输出，循环往复。
2.按权利要求1所述的可变脉宽激电发送机，其特征在于提供两种制式供电方波脉冲，一是正向、停、负向，且占空比为1∶1∶1，或是正向、正向、负向、正向、负向、负向、正向、负向；提供4～8种脉宽的方波向地下供电，脉宽的变化范围为62.5ms、125ms、250ms、500ms、1s、2s、4s、8s八种。
3.按权利要求1所述的可变脉宽激电发送机，其特征在于逻辑控制电路由数码拨盘(M)和数码拨盘(T)、程序存储器(N1)、模拟开关(N11、N12)、扩展口(N4)、显示器(6)、锁存器(N2)、驱动器(N5)、光电耦合器(N6～N9)及同步开关(5)组成。
4.按权利要求1所述的可变脉宽激电发送机，其特征在于开关电路(5)中设有由电阻(R47)、放大器(N19)、电压比较器(N20)及与门(N21)等组成的过流保护电路。
专利摘要本实用新型是一种可变脉宽激电发送机，包括单片机1、逻辑控制电路2、开关电路3和直流电源4，其中，开关电路3由场效应管Q1～Q4、驱动器(N13、N14)、光电耦合器N15～N18、放大器N19、与门N21及比较器N20组成，其特征在于在逻辑控制电路2中设有同步开关5，同步开关5的第3脚经电阻R15接光电耦合器N9的第9脚，其输出端发射同步信号；逻辑控制电路2由数码拨盘M和数码拨盘T、程序存储器N1、模拟开关(N11、N12)、扩展口N4、显示器6、锁存器N2、驱动器N5、光电耦合器N6～N9及同步开关5组成。发送机提供两种制式供电方波脉冲及变频与扫频输出脉宽变化范围为625ms、125ms、250ms、500ms、1s、2s、4s、8s八种供电方波脉冲。
文档编号G01V3/02GK2655259SQ20032012504
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月25日 优先权日2003年11月25日
发明者杨进, 邓明, 张启升, 武炜, 杜刚 申请人:中国地质大学(北京)