[發明專利]一種雙全橋反饋型電壓補償系統

有效

• 申請號: 202010846040.3
• 申請日: 2020-08-20
• 公開（公告）號: CN111987929B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 張一鳴;張晨浩;原大康;張棟;高俊俠
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M1/088
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 吳蔭芳

本發明針對由于器件損耗引起的磁通門激勵電壓衰減情況，提出了一種雙全橋反饋型電壓補償系統，包括實時反饋計算和雙全橋電路兩部分，其中反饋實時計算根據采集的激勵線圈電壓作為反饋值，主控芯片計算與激勵線圈電壓與系統設定電壓差值作為誤差，通過PI算法計算下一周期每個場效應管導通時間；雙全橋電路接收反饋計算的場效應管導通時間控制量，場效應管在不同階段導通與關斷控制激勵線圈兩端電壓，將激勵電壓補償至系統設定電壓。本發明具有響應快、補償準、可靠性高、無累積誤差的特點，能夠將磁通門激勵電壓快速補償至系統設定電壓，極大提高了磁通門的測量分辨率。

技術領域

本發明涉及磁通門矢量磁場測量地質勘探領域，尤其涉及一種響應快、可靠性高的磁通門激勵線圈電壓的雙全橋反饋型電壓補償系統。

技術背景

地球系統由地核、地殼、電離層、磁層等不同圈層組成，各個組成部分發生的許多過程都會產生磁場，它們攜帶著地球系統不同部分有關過程的信息，這些信息是認識地球系統和礦產資源的基礎資料。由空間電流體系引起的感應磁場在實際測量異常場中占到了三分之一，如何分離感應磁場和地殼異常場一直是難以解決的問題。空間立體磁測會增強磁法勘探的能力，解決磁場向下延拓的深度和準確性。磁通門傳感器能夠協助地質勘探設備，在最短的時間內獲得磁場分布圖，并通過地球物理理論獲得巖石圈的精細結構和活動性等特征，為礦產資源探查提供了磁場信息。

磁通門傳感器是利用高磁導率、低矯頑力軟磁材料的磁飽和特性制造的磁強計。基于磁調制原理，在交變磁場激勵下，磁芯處于周期性過飽和狀態，利用軟磁材料磁芯對激勵磁場的調制作用將外磁場轉化為電壓信號，最終經輸出感應電壓信號時域、頻域解析確定外磁場大小。該方法可測量恒定或緩慢變化的磁場，適用于空間弱磁場的矢量檢測，在地磁探測、地質勘探等領域均有應用。

磁通門激勵線圈電壓衰減會影響整體測量精度，為了提高磁法勘探空間立體磁測的分辨率，需將磁通門每個周期衰減激勵電壓幅值補償至同一水平。由于目前磁通門激勵電壓多采用通用型功率器件產生，沒有針對激勵電壓幅值衰減進行設計，導致激勵電壓在不同周期峰值幅值產生不同程度的衰減，在同一被測磁場下感應電壓不同，使得磁通門整體測量精度下降。而部分磁通門激勵電壓補償采用離線補償方式，根據實際測試結果計算補償時間，每個周期內補償時間較長且相同，導致磁通門整體測量響應速度慢，在被測磁場周期變化明顯時，無法準確測量出被測磁場變化趨勢。針對此問題，采用雙全橋電路補償激勵電壓，雙全橋電路包含8個場效應管如圖3所示，不同場效應管的導通與關斷使雙全橋電路工作在不同階段，不同階段總體來說分為正向補償與反向補償階段，雙全橋電路工作在不同階段控制激勵線圈兩端電壓變化。采集激勵線圈兩端電壓作為反饋信號，通過PI算法計算正向與反向補償階段場效應管導通時間，使激勵線圈兩端電壓快速補償至系統設定電壓值，從而提升磁通門整體測量精度。因此，研發響應快、電壓補償效果好、可靠性高的反饋型電壓補償系統是提升磁通門測量分辨率和響應速度的一個關鍵性問題。

發明內容

針對國內外磁通門激勵電壓周期性衰減問題，本發明提出了一種適用于磁通門激勵線圈電壓補償的雙全橋反饋型電壓補償系統，具有響應快、補償準、可靠性高的特點。該系統測量激勵線圈電壓作為反饋值，通過主控芯片快速計算出電壓補償參數，補償參數根據實際補償效果實時調整，提高了磁通門整體測量響應速度，同時實現了電壓的準確補償。為了解決激勵電壓周期性衰減問題，提出一種雙全橋電路，通過控制電路中場效晶體管導通與關斷時間，系統工作在不同階段，周期性改變激勵線圈兩端電壓，將周期性激勵衰減電壓補償至系統設定值。通過將系統實時計算的反饋電壓補償參數作為場效晶體管導通與關斷控制量，實現了激勵線圈電壓的快速、準確補償。對比國內外傳統的激勵電壓產生方式，在同等的性能指標下，磁通門測量響應速度得到明顯提升，每個周期激勵電壓峰值幅值保持在同一水平，磁場測量分辨率得到提高。

雙全橋反饋型電壓補償系統結構框圖如圖1所示。

有益效果

與現有國內外技術相比，本發明創新點包含以下3點：