基于V-F转换技术电火花震源高压检测系统的设计和研究.docx

基于V/F转换技术电火花震源高压检测系统的设计和研究

苏博飞+王军民

摘要：随着电火花震源在工程物探和资源勘查领域的广泛应用。但是其工作的安全性并不能得到完全的保证，主要原因是其工作充电高压可达10kv左右。此系统最终得到了电火花震源工作中的充电曲线，我们将实际充电曲线和理想充电曲线作对比，从而调整了电火花震源控制电路，最终实现了电火花震源充电高压的实时性检测和控制，提高了电火花震源使用的安全性和远距离的可操作性。
关键词：电火花震源；stm32f1系列单片机；高压检测；V/F压频转换；光纤
引言
目前，在国内的工程物探和资源的勘查领域中常用炸药作为主要的震源。炸药震源的能量高，但是运输的成本高，对环境的破坏力强，存在一定的安全问题。电火花震源是先把电能储存到大功率的电容中，在瞬间放电产生地震波的震源。该系统基于stm32单片机定时器输入捕获和V/F转换技术，从而实现了对电火花震源高压的实时性检测，使电火花震源的安全性和稳定性进一步提高。
1 系统总体概述
如图1所示，电火花震源的高压检测系统主要由V/F转换电路，光电转换电路，stm32单片机三部分组成。
2 电火花震源高压检测硬件电路设计与分析
如图2所示，电火花震源高压检测系统主要由压频转换电路（U1），光电隔离转换电路（U2）和电信号调理电路组成（U3）。
2.1 光电转换电路设计和分析
2.1.1 光电转换硬件电路设计
如图2中的U2所示，光电转换隔离电路由高频的发光二极管、光纤、光敏二级管组成，其实物图如图2所示，其中黑色的长线是光纤，光纤的两头分别是封装好的发光二极管和光敏二极管。
2.1.2 光电转换硬件电路分析
我们将V/F转换电路（图2的U1）输出的具有一定频率的方波信号作为光电转换隔离电路的输入，从而驱动发光二极管，将电信号转换成光信号。高频的光敏二极管再接受光信号，将光信号转换成电信号。此电路为整个高压检测电路的核心部分，光纤将前级的高压采集电路和后级的控制电路完全的隔离，从而消除了前级高压电路对后级控制电路的干扰，大大提高电火花震源的稳定性和安全性。
3、实验与结果
表1是我们用电火花震源高压检测系统测在试验中测得的冲电电压随时间变化的数据。
3 结语
基于V/F转换技术电火花震源高压检测电路有两个重点，一是高压采集V/F转换电路和电压控制电路采用光纤隔离，高压采集电路独立供电，使两个系统的供电部分完全隔离，隔离度可达100KV，從而降低了高压电路对电火花震源主控制电路的影响。二是采集到的高压数据可通过wiff无线传送到上位机，上位机再根据不同的电压值，给电火花震源发送不同的指令，从而实现来电火花震源的远程控制（距离可达50米左右），增加了电火花震源操作的安全性。
参考文献：
[1]改善电火花震源地震记录质量的探讨[J].刘冠军.物探与化探. 1999（02）
[2]电火花震源系统充电技术研究[J].裴彦良，王揆洋，刘晨光，李西双，李正光.海洋技术.2007（03）

-全文完-