电磁扰动监测仪关键电路设计文献综述

 2022-11-20 11:11

文献综述(或调研报告):

1964年阿拉斯加9.4级地震后,George Moore发现地震前地磁场变化剧烈,而提出了检测地磁场以预警地震的想法[1],而地磁场如同一个巨大的电路,当检测范围够广,监测点密集时能够得出有效的检测规律[2],我国地震电磁扰动观测工作始于1976 年唐山地震后,河北、山西、江苏、云南、四川、新疆以及首都圈等地区至今已开展十几年的地震前兆电磁扰动观测,通过观测已有电磁扰动成功预测地震的例子很多[3], 特别是辽宁岫岩1999 年11 月29 日5.4 级地震、青海共和1994 年2 月16 日5.8 级、云南丽江1996 年2 月3 日7.0 级地震等, 震前均不同程度观测到电磁扰动异常现象。电磁扰动观测已经发展为电磁学领域的重要组成部分[4],也是国内外公认的有着良好发展前景的地震短临预报方法之一。

而电磁扰动仪器由几个部分组成:电源模块、D/A,A/D数据采集转换装置、DSP滤波装置、ARM上位机对设备整体控制装置。

  1. 电源模块设计

电源模块需要将220V电压输出为5路电流为1A,1-4端口输出plusmn;9V,5端口输出 9V的电源。在这里准备采用反激式开关电源进行设计。

设计参考:

开关电源的基本结构如图2所示[8].交流220V输入电压经过整流滤波回路后变成直流,经过功率开关管VT或者MOSFET斩波、高频变压器T降压,得到高频矩形波电压,最后通过输出整流滤波器VD,C2获得所需要的直流电压矾,脉宽调制器是开关电源的核心,它能产生频率固定而占空比可调的驱动信号,控制功率开关管的通断来调整输出电压高低达到稳定电压的目的,其中锯齿波发生器提供时钟信号,利用信号放大器和PWM比较器构成闭环调节系统。如由于某种原因使得以下降,脉宽调制器就会改变驱动信号的脉冲宽度来改变占空比,使斩波后的电压平均值升高,最终使得U0升高.。

图2 开关电源基本结构

DC/DC变换器用于功率转换,是开关电源的核心部分,有多种电路拓扑可供选择。控制电路为脉宽调制器,它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及其基准电压组成。当输入电压或者外接负载变化时[9]。采样电路检测到输出电压变化,经过与基准电压比较。误差电压经过放大及脉宽调制电路,再经过驱动电路控制功率开关管的占空比,从而达到稳定输出电压的目的。

AC/DC变换原理图如图3所示[10],输入交流电压有效值范围为85~265 V。DC/DC变换采用单端反激变换电路,工作在电流非连续模式。

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