自動(dòng)掃頻式電感測(cè)量?jī)x的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及自動(dòng)掃頻式電感測(cè)量?jī)x。由24V電池對(duì)儀器供電，由計(jì)算機(jī)經(jīng)掃頻軟件控制通訊控制器，通訊控制器控制發(fā)射模塊和高壓瞬變電源，發(fā)射模塊與線圈、配諧電容和電流傳感器相連接，電流傳感器將采集到的發(fā)射電流信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器模塊放大后傳遞給發(fā)射電流采集模塊，由串口傳遞給上位機(jī)。利用此掃頻儀測(cè)量電感測(cè)電感配電容的操作更加簡(jiǎn)便，提高了測(cè)量效率和精度；在復(fù)雜干擾環(huán)境下也能精準(zhǔn)的測(cè)量出電感值，具有抗干擾性。
【專利說(shuō)明】自動(dòng)掃頻式電感測(cè)量?jī)x
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于地球物理探測(cè)的電感測(cè)試儀，尤其是能在復(fù)雜環(huán)境干擾下通過(guò)掃頻測(cè)量的方式測(cè)量出線圈的精確電感值，從而為核磁共振地下水探測(cè)儀提供準(zhǔn)確參數(shù)值。
【背景技術(shù)】
[0002]核磁共振地下水探測(cè)儀是一種不破壞大地的地球物理探測(cè)儀器，這種探測(cè)儀器與方法與傳統(tǒng)的地球物理勘探方法相比具有靈敏度高、分辨率高、快速經(jīng)濟(jì)、反演解釋信息量豐富等優(yōu)點(diǎn)，不打鉆就能探測(cè)地下水層的深度、含水量和含水層的孔隙度等水文地質(zhì)信息。
[0003]CN102621397A公開(kāi)了“一種電感測(cè)量?jī)x”，包含信號(hào)輸入接口、電容接口、電感接口和電壓表，還配套使用的電容器、待測(cè)電感器和信號(hào)發(fā)生器。上述實(shí)用新型利用LC諧振電路測(cè)電感結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，儀器成本低，但是抗干擾能力不強(qiáng)，測(cè)量精度不高。
[0004]CN203069677U公開(kāi)了“一種數(shù)字式電感測(cè)量?jī)x”，包括用于連接被測(cè)電感將電感的電感值轉(zhuǎn)換為相對(duì)應(yīng)的頻率值且將頻率值以正弦波的形式輸出的振蕩電路、接收所述振蕩電路發(fā)出的頻率值的正弦波并將該正弦波整形成矩形波的施密特觸發(fā)器、接收施密特觸發(fā)器發(fā)出的矩形波并對(duì)矩形波進(jìn)行分頻的分頻器、接收所述分頻器傳送的分頻后的矩形波并對(duì)矩形波進(jìn)行處理獲得電感值的單片機(jī)和接收單片機(jī)發(fā)送的電感值并對(duì)該電感值進(jìn)行顯示的顯示電路；所述振蕩電路、施密特觸發(fā)器、分頻器、單片機(jī)和顯示電路依次連接。上述實(shí)用新型的數(shù)字式電感測(cè)量?jī)x，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但測(cè)量效率低，而且不具有抗干擾特性。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的就是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種抗干擾，測(cè)量精確的自動(dòng)掃頻式電感測(cè)量?jī)x；
[0006]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種自動(dòng)掃頻式電感測(cè)試儀，包括線圈、上位機(jī)、通訊控制器、發(fā)射模塊、配諧電容、電流傳感器、放大器、以及發(fā)射電流采集模塊，其中，上位機(jī)通過(guò)通訊控制器與發(fā)射模塊以及發(fā)射電流采集模塊連接，發(fā)射模塊通過(guò)配諧電容與線圈連接；線圈還依次通過(guò)電流傳感器以及放大器與發(fā)射電流采集模塊連接；線圈通過(guò)一轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)與配諧電容以及電流傳感器之間的切換，分別實(shí)現(xiàn)發(fā)射電流激發(fā)信號(hào)以及接受核磁共振信號(hào)；發(fā)射模塊上連接高壓瞬變電源，為發(fā)射模塊提供高壓瞬變電能。
[0008]進(jìn)一步地，發(fā)射模塊是由發(fā)射控制MCU經(jīng)時(shí)序控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和H橋路與能量吸收模塊連接構(gòu)成，其中H橋路中的儲(chǔ)能電容與高壓瞬變電源連接，能量吸收模塊由兩個(gè)方向相反的二極管并聯(lián)后串聯(lián)在發(fā)射回路中。
[0009]進(jìn)一步地，所述配諧電容為多個(gè)電容設(shè)置在配諧電容箱，電容之間的串并聯(lián)形式通過(guò)在配諧電容箱操作完成。
[0010]有益效果:本實(shí)用新型采用掃頻式測(cè)電感，通過(guò)設(shè)置拉莫爾頻率區(qū)間范圍以及頻率間隔，激發(fā)頻率F在2000?3000Hz之間，由公式L=I/ (4 Ji 2CF)知，激發(fā)頻率越大，電感值誤差越小，測(cè)得電感值越精確，實(shí)現(xiàn)對(duì)電感的精確測(cè)量；
[0011]本實(shí)用新型中采用的發(fā)射電流可達(dá)到幾十安培，發(fā)射電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般的環(huán)境干擾，所以具有極強(qiáng)的抗干擾性；本實(shí)用新型大大提高了核磁共振地下水探測(cè)儀野外探測(cè)的準(zhǔn)度、精度和效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0013]圖2是圖1中的發(fā)射模塊的結(jié)構(gòu)框圖；
[0014]圖3是電流數(shù)據(jù)形成的頻率幅值圖；
[0015]其中，124V電池，2上位機(jī)，3通訊控制器，4高壓瞬變電源，5發(fā)射模塊，6電流傳感器，7線圈，8配諧電容，9放大器模塊，10發(fā)射電流采集模塊，11發(fā)射控制MCU，12時(shí)序控制電路，13驅(qū)動(dòng)電路，14H橋路，15能量吸收模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:
[0017]如圖1和圖2所示，一種自動(dòng)掃頻式電感測(cè)試儀，包括線圈7、上位機(jī)2、通訊控制器3、發(fā)射模塊5、配諧電容8、電流傳感器6、放大器模塊9、以及發(fā)射電流采集模塊10，其中，上位機(jī)2通過(guò)通訊控制器3與發(fā)射模塊5以及發(fā)射電流采集模塊10連接，發(fā)射模塊5通過(guò)配諧電容8與線圈7連接；線圈7還依次通過(guò)電流傳感器6以及放大器模塊9與發(fā)射電流采集模塊10連接；線圈7通過(guò)一轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)與配諧電容8以及電流傳感器6之間的切換，分別實(shí)現(xiàn)發(fā)射電流激發(fā)信號(hào)以及接受核磁共振信號(hào)；發(fā)射模塊5上連接高壓瞬變電源4，高壓瞬變電源4通過(guò)24V電池供電，為發(fā)射模塊提供高壓瞬變電能。如圖2所示，發(fā)射模塊是由發(fā)射控制MCUll經(jīng)時(shí)序控制電路12、驅(qū)動(dòng)電路13和H橋路14與能量吸收模塊15連接構(gòu)成，其中H橋路中的儲(chǔ)能電容與高壓瞬變電源連接，能量吸收模塊由兩個(gè)方向相反的二極管并聯(lián)后串聯(lián)在發(fā)射回路中。
[0018]配諧電容為多個(gè)電容設(shè)置在配諧電容箱，電容之間的串并聯(lián)形式通過(guò)在配諧電容箱操作完成。
[0019]自動(dòng)掃頻式電感測(cè)量?jī)x的測(cè)量方法，包括以下步驟:
[0020]a、根據(jù)地形鋪設(shè)方形或者圓形測(cè)量線圈；
[0021]b、由當(dāng)?shù)氐牡卮艌?chǎng)值，通過(guò)上位機(jī)預(yù)置的地磁場(chǎng)一拉摩爾頻率轉(zhuǎn)換公式，計(jì)算出與地磁場(chǎng)值相對(duì)應(yīng)的拉摩爾頻率；
[0022]C、采用常規(guī)技術(shù)估算線圈的電感值，根據(jù)拉摩爾頻率和線圈的電感特性，計(jì)算出需要匹配的配諧電容值的大小，并修正配諧電容中的電容值；
[0023]d、通過(guò)上位機(jī)中閾值的掃頻軟件設(shè)置電容、電感參數(shù)值以及采集回來(lái)的發(fā)射電流數(shù)據(jù)的保存路徑，給儀器上電，設(shè)置加載放大器；
[0024]e、以拉莫爾頻率為中間值上下浮動(dòng)50Hz作為發(fā)射頻率區(qū)間，發(fā)射頻率間隔f取值IOHz或5Hz，掃頻次數(shù)N= (Fh-F1)/f+Ι，其中Fh是發(fā)射頻率區(qū)間內(nèi)的最高頻率，F(xiàn)1是頻率區(qū)間的最低頻率；[0025]f、設(shè)置發(fā)射的脈沖矩，脈沖矩是發(fā)射電流和發(fā)射時(shí)間的乘積，脈沖矩選用400A*ms，發(fā)射時(shí)間40ms ;將脈沖矩參數(shù)通過(guò)通訊控制器發(fā)送至發(fā)射控制MCU ；
[0026]g、上位機(jī)根據(jù)所設(shè)發(fā)射頻率區(qū)間自動(dòng)改變發(fā)射頻率,發(fā)射控制MCU接受上位機(jī)的指令并控制發(fā)射模塊，在發(fā)射頻率區(qū)間不斷發(fā)射電流數(shù)據(jù)，每發(fā)射一次后電流傳感器把線圈內(nèi)的電流信號(hào)經(jīng)放大器放大后傳遞給發(fā)射電流采集模塊，發(fā)射電流采集模塊把電流值經(jīng)通訊線返回到上位機(jī)內(nèi)；
[0027]h、采集的電流數(shù)據(jù)在上位機(jī)界面上形成頻率幅值圖，縱坐標(biāo)為采集的電流，橫坐標(biāo)為頻率，由頂點(diǎn)電流最大值對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)的頻率值和配諧電容值，根據(jù)LC振蕩電路的電感計(jì)算公式L=I/ (4 π 2CF),其中L是待測(cè)電感值，C是配諧電容值，F(xiàn)是激發(fā)頻率，算出線圈電感的精確值，從而完成了對(duì)電感的精確測(cè)量。實(shí)施例1
[0028]長(zhǎng)春市農(nóng)安縣燒鍋鎮(zhèn)附近為例，對(duì)掃頻式電感測(cè)量?jī)x的測(cè)量方法以及本實(shí)用新型的設(shè)備的應(yīng)用進(jìn)行說(shuō)明，包括以下步驟:
[0029]a、首先在長(zhǎng)春市農(nóng)安縣燒鍋鎮(zhèn)附近，根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦武佋O(shè)一個(gè)100米*100米的單匝數(shù)方形待測(cè)量線圈；
[0030]b、由當(dāng)?shù)氐牡卮艌?chǎng)值B。為54600.9nT,通過(guò)上位機(jī)掃頻軟件中的“地磁場(chǎng)一拉摩爾頻率”轉(zhuǎn)換計(jì)算公式:4=0.0426ΦΒ。，計(jì)算出與地磁場(chǎng)值相對(duì)應(yīng)的拉摩爾頻率fL為2326Hz ；
[0031]C、估算線圈的電感值，根據(jù)拉摩爾頻率和線圈的電感特性，計(jì)算出發(fā)射橋路中需要匹配的配諧電容值的大小，并修正配諧電容箱中的電容值；
[0032]d、通過(guò)上位機(jī)上的掃頻軟件設(shè)置電容、電感等參數(shù)值以及采集回來(lái)的發(fā)射電流數(shù)據(jù)的保存路徑，給儀器上電，加載放大器；
[0033]e、設(shè)置發(fā)射頻率區(qū)間、發(fā)射頻率間隔，頻率間隔f取值10Hz，掃頻次數(shù)N=(Fh-F1)/f+Ι，其中頻率區(qū)間內(nèi)的最高頻率Fh取2385Hz，頻率區(qū)間的最低頻率F1取2285Hz ；
[0034]f、設(shè)置發(fā)射的脈沖矩，脈沖矩是發(fā)射電流和發(fā)射時(shí)間的乘積，脈沖矩選用400A*ms,發(fā)射時(shí)間 40ms;
[0035]g、儀器運(yùn)行后，自動(dòng)改變發(fā)射頻率，不斷發(fā)射和采集電流數(shù)據(jù)，每發(fā)射一次后電流傳感器把線圈內(nèi)的電流信號(hào)經(jīng)放大器放大后傳遞給發(fā)射電流采集模塊，發(fā)射電流采集模塊把電流值經(jīng)通訊線返回到上位機(jī)內(nèi)；
[0036]h、最終返回的電流數(shù)據(jù)在形成一個(gè)頻率一幅值圖如圖3所示，由頂點(diǎn)電流最大值對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)的頻率值和配諧電容值，根據(jù)公式L=I/ (4 PCF)，算出線圈電感的精確值為
0.82mH，從而完成了對(duì)電感的精確測(cè)量。
[0037]實(shí)施例2
[0038]長(zhǎng)春市文化廣場(chǎng)南側(cè)具有高壓線和電線附近處為例:掃頻式電感測(cè)量?jī)x的測(cè)量方法，包括以下步驟:
[0039]a、首先在長(zhǎng)春市文化廣場(chǎng)南側(cè)具有高壓線和電線附近處，根據(jù)地形鋪設(shè)一個(gè)150米*150米的單匝數(shù)方形待測(cè)量線圈；
[0040]b、由當(dāng)?shù)氐牡卮艌?chǎng)值B。為54600.9nT,通過(guò)上位機(jī)掃頻軟件中的地磁場(chǎng)一拉摩爾頻率轉(zhuǎn)換計(jì)算公式:4=0.0426ΦΒ。，計(jì)算出與地磁場(chǎng)值相對(duì)應(yīng)的拉摩爾頻率&為2326Hz ；
[0041]C、粗略估算線圈的電感值，根據(jù)拉摩爾頻率和線圈的電感特性，計(jì)算出發(fā)射橋路中需要匹配的配諧電容值的大小，并修正配諧電容箱中的電容值；[0042]d、通過(guò)上位機(jī)上的掃頻軟件設(shè)置電容、電感等參數(shù)值以及采集回來(lái)的發(fā)射電流數(shù)據(jù)的保存路徑，給儀器上電，加載放大器；
[0043]e、設(shè)置發(fā)射頻率區(qū)間、發(fā)射頻率間隔。因在干擾源附近測(cè)量，此時(shí)設(shè)定頻率區(qū)間大一點(diǎn)，頻率間隔小一點(diǎn)，頻率間隔f取5Hz，掃頻次數(shù)N= (Fh-F1) /f+Ι，其中頻率區(qū)間的最高頻率Fh取2380Hz，頻率區(qū)間的最低頻率F1取2290Hz ；
[0044]f、設(shè)置發(fā)射的脈沖矩，脈沖矩是發(fā)射電流和發(fā)射時(shí)間的乘積，脈沖矩為400A*ms，發(fā)射時(shí)間40ms;
[0045]g、儀器運(yùn)行后，軟件系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)改變發(fā)射頻率，不斷發(fā)射和采集電流數(shù)據(jù)，每發(fā)射一次后電流傳感器把線圈內(nèi)的電流信號(hào)經(jīng)放大器放大后傳遞給發(fā)射電流采集模塊，發(fā)射電流采集模塊把電流值經(jīng)通訊線返回到上位機(jī)內(nèi)；
[0046]h、最終返回的電流數(shù)據(jù)在掃頻軟件上形成一個(gè)頻率一幅值圖，由頂點(diǎn)電流最大值對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)的頻率和配諧電容值，根據(jù)公式L=I/ (4 PCF)，算出線圈電感的精確值為
1.24mH，從而完成了對(duì)電感的精確測(cè)量。
【權(quán)利要求】
1.一種自動(dòng)掃頻式電感測(cè)試儀，其特征在于，包括線圈、上位機(jī)、通訊控制器、發(fā)射模塊、配諧電容、電流傳感器、放大器、以及發(fā)射電流采集模塊，其中，上位機(jī)通過(guò)通訊控制器與發(fā)射模塊以及發(fā)射電流采集模塊連接，發(fā)射模塊通過(guò)配諧電容與線圈連接；線圈還依次通過(guò)電流傳感器以及放大器與發(fā)射電流采集模塊連接；線圈通過(guò)一轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)與配諧電容以及電流傳感器之間的切換，分別實(shí)現(xiàn)發(fā)射電流激發(fā)信號(hào)以及接受核磁共振電流信號(hào)；發(fā)射模塊上連接高壓瞬變電源，為發(fā)射模塊提供高壓瞬變電能。
2.按照權(quán)利要求1所述的掃頻式電感測(cè)試儀，其特征在于，發(fā)射模塊是由發(fā)射控制MCU經(jīng)時(shí)序控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和H橋路與能量吸收模塊連接構(gòu)成，其中H橋路中的儲(chǔ)能電容與高壓瞬變電源連接，能量吸收模塊由兩個(gè)方向相反的二極管并聯(lián)后串聯(lián)在發(fā)射回路中。
3.按照權(quán)利要求1所述的掃頻式電感測(cè)試儀，其特征在于，所述配諧電容為多個(gè)電容設(shè)置在配諧電容箱，電容之間的串并聯(lián)形式通過(guò)在配諧電容箱操作完成。
【文檔編號(hào)】G01R27/26GK203745547SQ201420129399
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】田寶鳳, 訾彥勇, 易曉峰, 王悅, 周媛媛, 曹桂欣, 李聰 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)