便携式电火花震源及其控制方法.docx

便携式电火花震源及其控制方法便携式电火花震源及其控制方法本发明涉及一种便携式电火花震源及其控制方法，解决了现有电火花震源体积大、笨重、不便携带，充电效率低等问题本发明便携式电火花震源包括依次连接的整流器、固频变压控制器、400Hz±25%三相变压器、三相整流器、MPU控制器、充电模块、放电模块和风扇其中，MPU控制器分别与固频变压控制器、充电模块和放电模块连接本发明控制方法简单可靠；本发明便携式电火花震源体积小、重量轻，便于携带，不受使用环境的限制、充电效率高、传输功率大、交流电、直流电均可使用专利说明】便携式电火花震源及其控制方法【技术领域】[0001]本发明涉及一种电火花震源及其控制方法，具体的说是一种便携式电火花震源及其控制方法背景技术】[0002]电火花震源是一种将电能转化为声波的震源，主要由电源、高压电容器、点火开关、放电电缆及电极等部分组成主要原理:将交流电源经升压、整流后，储存在高压电容器中，大量存储的高压电能通过专用的放电头瞬间放电，在介质中通过脉冲大电流，使周围介质汽化形成高温高压区，瞬间爆炸产生地震波的震源其作为地震波法中的主动震源，具有无环境污染，高频成分丰富，能量可调，同时具有可在水下、小口径孔内等条件下使用的优点。

[0003]传统的电火花震源体积大，重量重，不便于携带，故未能得到大范围推广车载陆地电火花震源虽然能量很大，但体积大，不便于搬运，且使用时也会受到地理环境的影响[0004]此外现有的单脉冲电火花震源充电时间长且无法达到恒流、变频的充电效果，扩展性不强电火花震源充、放电的工作流程会产生很大的高频干扰信号，使其无法对充、放电过程进行自动控制，且不能实现交流、直流并用的工作方式发明内容】[0005]本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种体积小、重量轻，便于携带，不受使用环境的限制、充电效率高、传输功率大、交流电、直流电均可使用的便携式电火花震源[0006]本发明还提供一种上述便携式电火花震源的控制方法[0007]所述便携式电火花震源包括[0008]固频变压控制器:所述固频变压控制器与400Hz±25%三相变压器，用于将直流电逆变为电压从OV向220V线性变换的三相400Hz ±25%交流电；[0009]400Hz ±25%三相变压器和三相整流器:所述400Hz ±25%三相变压器分别与固频变压控制器和三相整流器连接，用于将经固频变压控制器逆变的电压从OV向220V线性变换的三相400Hz ±25%交流电升压并通过三相整流器整流变为0-5KV的直流电；[0010]充电模块:所述充电模块分别与三相整流器、放电模块和控制器连接，将整流后的0-5KV的直流电给电容充电；[0011]放电模块:所述放电模块与充电模块连接，使放电头在水溶液中瞬间放电，形成地震波;[0012]MPU控制器:所述控制器与放电模块连接，用于控制充电模块和放电模块进行自动充、放电。

[0013]220V电源经整流器与所述固频变压控制器连接，所述整流器可将220V单相的交流电整流成300V的直流电[0014]所述MPU控制器还与固频变压控制器连接，用于调节固频变压控制器的升压曲线和时间[0015]所述充电模块为脉冲电容，所述放电模块包括放电开关及带有放电头的放电电缆[0016]本发明便携式电火花震源的控制方法，所述便携式电火花震源包括固频变压控制器、400Hz±25%三相变压器、三相整流器、充电模块、放电模块和MPU控制器，[0017]其中，所述MPU控制器的控制方法:[0018]a.通过固频变压控制器将300V直流电逆变成电压从OV向220V线性变换的三相400Hz ±25% 交流电；[0019]b.通过400Hz ±25%三相变压器和三相整流器，将400Hz ±25%三相交流电经过三相变压器的升压和三相整流器变为0-5KV的直流电；[0020]c.通过充电模块将整流后的直流电给脉冲电容充电，通过MPU控制器控制充电过程，当充电完成后控制充电模块停止充电，同时控制放电模块放电；[0021]d.所述放电模块接收来自MPU控制器的放电信号，使放电头在水溶液中瞬间放电，形成地震波；[0022]所述固频变压控制器由芯片及三相逆变电路组成，所述芯片的控制方法为:[0023]采用SPWM正弦脉宽调制方法，根据输出电压要求建立SPWM数学模型，以此数学模型生成一组有序的SPWM脉冲信号，将这组有序的SPWM脉冲信号作用于三相逆变电路，则输出三个分量的电流，并使之相位相差120度，便可得到三相400Hz±25%正弦交流电；通过设定输出电压从OV向220V渐变，则相应调节SPWM信号数学模型的参数，使其输出相应有序的SPWM脉冲信号，从而输出线性升压的具有正弦波形的三相400Hz±25%交流电。

[0024]先通过整流器将220V单相的交流电整流成300V的直流电，然后再通过固频变压控制器进行三相逆变[0025]所述三相变压器的频率优选为400Hz[0026]本发明中固频变压控制器是一种固频变压电流转换器，主要功能是将300V直流电逆变为电压从OV向220V线性变换的三相400Hz±25%交流电，且升压曲线可调和时间可控[0027]它以SPWM调制技术为理论依据，根据输出电压要求，建立相应的数学模型，以此数学模型生成SPWM脉冲信号，来控制逆变电路的工作状态，从而输出三相400Hz±25%线性升压的正弦交流电[0028]U为载波三角波，Usi和Us2为频率相同，振幅不同的正弦调制波，由SPWM调制技术可得到两组不同的SPWM脉冲信号，其区别在于两组占空比不同，以Usi正弦调制波为例，当Usi大于U时，得到正负电平E/2或-E/2 ;当Usi小于U时，得到零电平，例如弧线AB段得到高电平W这一系列不同的占空比组成了 Usi对应的SPWM脉冲信号将Usi和Us2对应的SPWM脉冲信号分别作用于逆变电路，即可输出ml和m2的400Hz±25%正弦波形，且当U的频率越高，得到的正弦波形就越平滑。

因此通过固频变压控制器的控制，可以激发有序的SPWM脉冲信号此脉冲信号作用于逆变电路，输出三个分量的电流，并使之相位相差120度，便可得到线性升压的具有正弦波的三相400Hz±25%交流电[0029]通过固频变压控制器产生线性升压三相400Hz ±25%正弦交流电，大幅度减少了谐波，提高了整个装置的安全系数且固频变压控制器与400Hz ±25%三相变压器组合，仅需要几秒钟就可以完成0-5KV的充电过程，不仅达到了充电迅捷这一技术指标，还大幅度减小了变压器体积以及整个逆变电源的重量，使其满足便携的要求[0030]进一步的，本发明还接入散热系统，所述散热系统也可与MPU连接，通过MPU控制散热系统的运行和停止[0031]有益效果:[0032]本发明体积小(0.04m3左右)、重量轻(IOkg左右)，便于携带，不受使用环境的限制；充电效率高(仅需要几秒钟就可以完成0-5KV的充电过程)、传输功率大，减小工作量，具有变频恒流的充电效果；电路模块化，工作稳定，放电的工作流程不会产生很大的高频干扰信号，实现对充、放电过程进行自动控制；扩展性很强，可达到周期性激发电源选择灵活，交流电、直流电均可使用。

专利附图】【附图说明】[0033]图1为便携式电火花震源结构框架图；[0034]图2为固频变压控制器的三相逆变电路图；[0035]图3为固频变压控制器控制流程图；[0036]图4为SPWM脉宽调制法原理图；[0037]图5为400Hz正弦交流电压变化示意图；[0038]图6为三相400Hz正弦交流电示意图；[0039]图7为MPU控制器的连线方式图；[0040]图8为便携式电火花震源的充、放电过程示意图；[0041]图9为MPU控制整个电路流程图具体实施方式】[0042]参见图1，本发明便携式电火花震源包括:[0043]整流器:所述整流器与固频变压控制器连接，用于将220V单相的交流电整流成300V的直流电[0044]固频变压控制器:所述固频变压控制器分别与整流器及400Hz (本实施例以400Hz为例)三相变压器连接，用于将300V直流电逆变为电压从OV向220V线性变换的三相400Hz交流电；[0045]400Hz三相变压器和三相整流器:所述400Hz三相变压器分别与固频变压控制器和三相整流器连接，三相变压器用于将经固频变压控制器逆变的电压从OV向220V线性变换的三相400Hz交流电升压并通过三相整流器整流变为0-5KV的直流电；[0046]充电模块:所述充电模块与三相整流器连接，将整流后的0-5KV的直流电给脉冲电容充电；[0047]放电模块:所述放电模块与充电模块连接，使放电头在水溶液中瞬间放电，形成地震波;[0048]MPU控制器:所述MPU控制器分别与放电模块、充电模块连接，用于控制充电模块和放电模块进行自动充、放电；与固频变压控制器连接，用于调节固频变压控制器的升压曲线和时间；与散热系统连接，用于系统散热控制[0049]外部电源可以使用220V交流电源，或者采用直流蓄电池与逆变器相连，外接于电源接口(将直流逆变为220V交流)。

[0050]各部件之间的连接原理如图1所示:整流器与外部电源接口连接，将外部电流Il(220V)转化为直流电流12，固频变压控制器与整流器串接，将输入的直流电12转化三相交流电13输出400Hz三相变压器串接在固频变压控制器后面，升压后的交流电为14 ;在三相400Hz变压器后面接上三相整流器，使交流电14变为直流电15 ;三相整流器后面与充电模块(为脉冲电容器充电)连接，放电模块(包括放电开关及带有放电头的放电电缆)串接在充电模块的后面[0051]所述固频变压控制器的工作电路图由芯片和三相逆变电路组成，工作方式为由芯片激发SPWM脉冲信号作用于三相逆变电路，从而控制逆变电路的工作状态，使得产生电压从O向220V线性变化的三相400Hz正弦交流电，具体参见图2[0052]所述固频变压控制器自带芯片的控制方法见图3，接通电源后，芯片首先会先进行初始化，检查运行环境并对基本参数进行设定而后建立基本SPWM数学模型，并输出SPWM脉冲信号作用于逆变电路在工作过程中，自动判断是否需要调节电压，如若需要，则调节SPWM信号激发模型参数，重新输出SPWM脉冲信号，整个调节过程使得输出电压为OV向220V线性变化，并使三个分量的电流相位相差120°，从而输出线性升压的具有正弦波形的三相400Hz交流电[0053]如图5示:其中U。

为载波三角波，Usi和Us2为频率相同，振幅不同的正弦调制波由SPWM调制技术可得到两组不同的SPWM脉冲信号，其区别在于两组占空比不同，如图中带斜线的方块与空白的方块以Usi正弦调制波为例，当Usi大于U时，得到正负电平E/2或-E/2 ;当Usi小于U时，得到零电平，例如弧线AB段得到高电平W这一系列不同的占空比组成了 Usi对应的SPWM脉冲信号将Usi和Us2对应的SPWM脉冲信号分别作用于逆变电路(如图2)，即可输出如图4示ml和m2的400Hz正弦波形的频率越高，得到的正弦波形就越平滑因此在固频变压控制器芯片中设定程序，激发有序的SPWM脉冲信号此脉冲信号作用于逆变电路，输出三个分量的电流，并使之相位相差120°，便可得到线性升压的三相400Hz正弦波交流电(如图6)[0054]MPU模块连接方式如图7所示:10，Il为输入端口其中IO为散热系统(如风扇)的控制输入端，当按下面板上控制开关，散热系统开始工作；11为充电开关的输入控制端，当按下面板上的开关，充电开关闭合，开始对脉冲电容器进行充电P0，P1，P2，C0，C1，C2为输出端口，C。