遥控爆炸机校准装置的研制
( 2018-05-27 阅读次 作者:)

遥控爆炸机是在地震勘探中控制炸药爆炸的装置,在地震勘探中发挥着重要作用。为了确保遥控爆炸机正常工作,现场施工人员必须定期对遥控爆炸机进行校准。由于现场的遥控爆炸机校准装置存在着可靠性不高、携带不便等诸多弊端,东方地球物理公司和长江大学合作成功地完成了BZJJ-2遥控爆炸机校准装置的研发,解决了现场长期存在的难题。

  如“遥控爆炸系统校准装置接线示意图”所示,遥控爆炸系统校准装置由主机和平板电脑两个相互分离的部分构成(通过WIFI无线连接)。遥控爆炸机校准装置主机有两个输入端子(来自遥控爆炸机的被测时序信号和被测高压模拟信号),有四个输出端子(正弦波信号、标准时钟信号,标准电阻输出和送到遥控爆炸机的起爆信号),在主机面板上有一个电源开关、一个电源插座、一个电池电量指示器和一个模拟起爆按钮。如“遥控爆炸系统校准装置系统硬件原理框图”所示,遥控爆炸系统校准装置由光电隔离电路、继电器组(K1~K6)、高压分压电路(继电器K7~K10等)、以FPGA为核心的时序测量电路、标准电阻输出电路(K11~K15等)、正弦波信号发生器、以C8051F060为核心的高速单片机系统(包括WIFI无线传输系统)、平板电脑、爆炸机信号模拟器和电源模块组成。

  如“遥控爆炸系统校准装置系统硬件原理框图”所示,交流电通过充电器给充电电池充电,充电电池给整个主机供电(主机面板上有电池电量指示器);爆炸机信号模拟器模拟产生爆炸机输出的六个信号(由操作员按下主机面板上的起爆按钮触发);继电器K1~K6在高速单片机的控制下选择将来自遥控爆炸机的信号或者来自模拟器的信号送到以FPGA为核心的时序测量电路(测量的结果在高速单片机的控制下通过READY、ADDRESS和DATA送给高速单片机);高压分压电路在高速单片机的控制下通过选择继电器K7~K10的通断来使得来自遥控爆炸机的HVTB高压信号经分压后送到高速单片机的高速A/D输入端;标准电阻选择电路在高速单片机的控制下通过五个继电器的通断选择五个标准电阻之一输出;标准时钟输出端钮直接将FPGA内部25MHZ的计数时钟信号输出;正弦波信号发生器独立产生和输出1V / 1KHZ的正弦波。平板电脑通过WIFI一方面接收高速单片机采集和计算的数据,另一方面将操作员的指令发送给高速单片机。

  如图“遥控爆炸系统校准装置被测信号及信号时序示意图”所示,CLKTB、REC START、CONTB、REF MARKS、ANALOG DATA、HVTB均为来自遥控爆炸机的信号。CLKTB 的第一个脉冲为整个系统的时间基准,CLKTB信号经过FPGA处理后产生CLKTB1信号。CLKTB1连接到高速单片机,作为高速单片机的时间基准。FPGA需要测量的时间量为:RT、CT、MT1、MT2、MT3、DT1、DT2和DT3;高速单片机对HVTB进行持续一秒钟的模拟采集(其中20MS以内采样频率为500K),根据这些采样数据计算出起爆误差HT1、电流截止时间HT2、输出电压、输出电流、残余电压和输出能量。平板电脑通过WIFI接收来自高速单片机的测量数据,以时序图(如图“遥控爆炸系统校准装置被测信号及信号时序示意图”)和报表(如图“遥控爆炸校准结果”)的形式显示在平板电脑的显示屏上和打印在打印机上。

  该遥控爆炸机校准装置能够测量RT、CT、M1、MT2、M3、DT1、DT2、DT3、HT1、HT2。其中RT、CT、MT1、MT2、MT3、DT1、DT2、DT3的测量精度达到0.1微秒;HT1、HT2的测量精度为2微秒;正弦波信号发生器的幅度与频率为1V / 1KHZ; 标准电阻的参数为30欧姆/10瓦(0.5%)、(100欧姆、200欧姆、510欧姆、1000欧姆)/0.25瓦(0.1%)。

  该装置主要具有如下特点。
  1、可靠性高。通过采取高度集成、以软代硬、信号屏蔽和时序优化等多种手段,实现了系统的高可靠性。
  2、精度高。对遥控爆炸机进行校准的参数主要是时间参数,因此校准装置需要一个高速的采集器件,故选用了由25MHz的高速时钟频率驱动的FPGA芯片,可以精确到0.04微秒,足以可以满足系统指标要求的误差小于0.1微秒。
  3、体积小、重量轻、携带方便。整个装置体积为30cm×23cm×7cm、重量为2公斤。该显然该校准装置具有体积小、重量轻、携带方便的优点。
  4、操作简便。该校准装置的平板电脑通过WIFI无线连接到主机,平板电脑可以在离主机20米的范围内随意移动,这样给使用者带来了极大的方便。
  5、校准结果显示直观。校准结果以如图“遥控爆炸机校准装置的测试波形”和“遥控爆炸机校准装置的测试数据”的形式显示出来,非常直观。

遥控爆炸机校准装置外观

遥控爆炸机校准装置内部硬件电路

遥控爆炸机校准装置的测试波形

遥控爆炸机校准装置的测试数据

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