簡易脈沖發(fā)生器的設計與應用

陳勇 顏蕾

【摘要】設計了一種簡單實用的脈沖發(fā)生器，可以手動和自動輸出占空比可調單脈沖，也可輸出工作時間和工作間隔可調的成組脈沖，該控制器制作簡單，成本低廉。

【關鍵詞】氣槍;時間繼電器;脈沖

Abstract：Design a kind of simple and practical controller for the gas explosion source which can output the ratio-adjustable pulse，and also output the array-pulse .The controller is simple and cheap.

Key words：gas-gun;time-relay;pulse

引言

水下高壓氣槍是產生聲頻、次聲頻物理場的一種聲換能裝置。它是利用空氣壓縮機作為動力源，為高壓氣槍提供高壓空氣。當高壓空氣進氣槍內部儲氣室，并達到一定壓力值時，其上配置的電磁閥接收電信號并開啟，此時高壓空氣迅速向水中釋放，形成大量的氣泡，氣泡在水中脈動產生次聲和聲場。這種水下高壓氣槍的特點是間歇性向水中釋放氣泡，從而產生脈沖聲波[1]。

脈沖發(fā)生器主要用于高壓氣槍電磁閥的控制，常規(guī)脈沖發(fā)生器需使用單片機編程控制輸出，若需要控制器可以手動和自動輸出占空比可調單脈沖，也可輸出工作時間和工作間隔可調的成組脈沖，每次都需要單片機需要重新編程，使用起來極其不方便。為此，本文設計了一種簡單而易于實現(xiàn)的脈沖發(fā)生器的設計，該脈沖發(fā)生器可以實現(xiàn)手動和自動輸出占空比可調單脈沖，也可輸出工作時間和工作間隔可調的成組脈沖，且制作簡單，成本低廉。

1.組成及工作原理

如圖1所示。脈沖發(fā)生器由AC-DC電源1臺、計時器3臺、單刀雙擲扭子開關K1、按鈕指示開關K2、K3 、K4、K5、K6、K7、K8、K9、K10組成。AC-DC電源負責提供計時器的供電（上電輸出），同時提供氣槍電磁閥驅動電源（CTL控制輸出）;計時器3負責實現(xiàn)單脈沖控制信號輸出，用于控制AC-DC的CTL，控制輸出電磁閥驅動電源;計時器1配合計時器2負責實現(xiàn)成組脈沖控制信號輸出，用于控制AC-DC的CTL控制輸出電磁閥驅動電源;單刀雙擲扭子開關K1用于左右舷氣槍選擇;按鈕指示開關K3、K4用于脈沖控制信號輸出類型啟動;按鈕開關K2用于交流電源總輸入，其它開關用于對應計時器的暫停和復位。

圖1 脈沖發(fā)生器電路原理圖

1）連續(xù)單脈沖輸出

如圖1所示，連續(xù)單脈沖由計時器3輸出控制AC-DC輸出實現(xiàn)的。工作過程如下：斷電狀態(tài)下手動設置計時器3的定時時間T1=脈沖寬度和T2=脈沖間隔，通過雙刀切換開關K1選擇左舷或右舷氣槍工作，開啟電源開關K2，接通K3開關，啟動單脈沖輸出。上電后計時器3啟動，等待T2時間后，計時器6腳輸出高電平，保持T1時間長度。然后6腳斷電持續(xù)設置的暫停時間T2，序列將重復下去，直至K3斷開。當計時器3的6腳保持T1時間通電時，6腳輸出控制AC-DC電源CTL端，控制電源40VDC輸出，當6腳保持T2時間斷電時，AC-DC停止輸出，脈沖信號循環(huán)輸出。通過設置T1可以調整脈沖寬度，通過調整T2，可以調整脈沖間隔，T1+T2為脈沖周期即可調，脈沖占空比亦可調。圖2為單脈沖輸出時序圖。

圖2 單脈沖輸出時序圖

2）成組脈沖輸出

如圖1所示，成組脈沖的輸出是通過計時器1控制計時器2，計時器2輸出脈沖控制信號控制AC-DC輸出產生的。工作過程如下：設置計時器1的通電保持計時為T3， 斷電保持計時為T4，計時器2通電保持時間為T1，斷電保持時間為T2。計時器1的8腳連接7腳，計時器1輸出6腳控制計時器2的7腳供電。通過雙刀切換開關K1選擇左舷或右舷氣槍工作，接通K2開關，控制器上電，按下開關K4，啟動成組脈沖輸出，計時器1上電后啟動，計時器1的6腳輸出保持供電，控制計時器2的7腳供電，計時器2輸出脈沖信號，脈寬為T1，間隔為T2，脈沖持續(xù)時間長度為T3長度，計時器26腳控制AC-DC輸出。當T3時間計時結束，計時器1保持斷電狀態(tài)，此時計時器26腳斷開，計時器2停止輸出脈沖，直至計時器1定時T4時間結束后，再次循環(huán)計時T3，計時器16腳保持通電，計時器2的7腳供電，計時器2輸出脈沖信號，如此反復循環(huán)，直至斷開K4。成組脈沖的持續(xù)發(fā)生時間長度由計時器1的定時T3確定，成組脈沖的時間間隔由計時器1的定時T4確定，因此均可調整。成組脈沖的單脈沖脈寬由計時器2的T1確定，單脈沖間隔由計時器2的T2確定，因此也可以調整。圖3為成組脈沖輸出時序圖。

圖3 成組脈沖輸出時序圖

2.設備選型

選用型號為DH48S-S-1Z的多模式數(shù)顯時間繼電器，其外形如圖4所示。

圖4 DH48S-S計時器外觀圖

該計時器具有以下特點：

高兩位BCD撥碼為限時釋放預置時間，低兩位BCD撥碼為限時吸合預置時間，高亮度LED顯示;時間設置范圍0.1s～990h;可往復循環(huán)限時工作，T1為限時釋放時間，T2為限時吸合時間。具備暫停、復位功能;觸點容量5A/30VDC;電氣壽命1000000;功率消耗：2W。

DH48S-S內部連接圖如圖5所示。

圖5 計時器內部連接圖

3.試驗與結果

根據前述設計方案，制作了一臺實物樣機如圖6所示，其前面板由電源開關、單脈沖設置計數(shù)器、成組脈沖計數(shù)器、啟動按鈕和左右舷切換開關組成。后面板包括輸入220VAC電源和輸出40VDC接線端子。當需要輸出單脈沖時，首先設置單脈沖設置計數(shù)器，T1為脈寬參數(shù)，T2為脈沖間隔參數(shù)。設置好后，開啟電源開關，選擇左右舷輸出，按下單脈沖啟動按鈕后，計數(shù)器開始計時工作，輸出單脈沖控制電磁閥動作。當需要輸出成組脈沖時，在斷電條件下，設置成組連續(xù)脈沖設置計數(shù)器，圖6中中間的計數(shù)器用于設置脈沖持續(xù)時間長度和間隔，右邊計數(shù)器用于設置單脈沖寬度和間隔。設置好計數(shù)器后，打開電源開關，啟動成組脈沖按鈕輸出。如圖7所示為示波表測量輸出一組單脈沖和一組成組脈沖波形。由于電磁閥吸合時有反向電動勢，因此輸出端必須外接吸波二極管。

圖6 脈沖發(fā)生器實物外形圖

圖7 脈沖設置輸出波形圖

4.結束語

本文所闡述的簡易脈沖發(fā)生器可以手動和自動輸出占空比可調單脈沖，也可輸出工作時間和工作間隔可調的成組脈沖，該控制器制作簡單，設計成本低廉。經過實際使用證明，該控制器滿足系統(tǒng)設計功能指標要求。可廣泛用于電磁閥或其它脈沖輸入設備的控制使用。

參考文獻

[1]羅桂純.氣槍震源在地球深部結構探測中的應用研究進展[J].地球物理學進展，2006，21（2）.

作者簡介：陳勇（1984—），男，湖北宜昌人，碩士，中國船舶重工集團公司第七一○研究所工程師。