陳勇 顏蕾

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

【關(guān)鍵詞】氣槍;時(shí)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(chǎn)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(jī)作為動力源，為高壓氣槍提供高壓空氣。當(dāng)高壓空氣進(jìn)氣槍內(nèi)部儲氣室，并達(dá)到一定壓力值時(shí)，其上配置的電磁閥接收電信號并開啟，此時(shí)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(chǎn)生次聲和聲場。這種水下高壓氣槍的特點(diǎn)是間歇性向水中釋放氣泡，從而產(chǎn)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(jī)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(diào)單脈沖，也可輸出工作時(shí)間和工作間隔可調(diào)的成組脈沖，每次都需要單片機(jī)需要重新編程，使用起來極其不方便。為此，本文設(shè)計(jì)了一種簡單而易于實(shí)現(xiàn)的脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)，該脈沖發(fā)生器可以實(shí)現(xiàn)手動和自動輸出占空比可調(diào)單脈沖，也可輸出工作時(shí)間和工作間隔可調(diào)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(jì)時(shí)器3臺、單刀雙擲扭子開關(guān)K1、按鈕指示開關(guān)K2、K3 、K4、K5、K6、K7、K8、K9、K10組成。AC-DC電源負(fù)責(zé)提供計(jì)時(shí)器的供電（上電輸出），同時(shí)提供氣槍電磁閥驅(qū)動電源（CTL控制輸出）;計(jì)時(shí)器3負(fù)責(zé)實(shí)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(qū)動電源;計(jì)時(shí)器1配合計(jì)時(shí)器2負(fù)責(zé)實(shí)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(qū)動電源;單刀雙擲扭子開關(guān)K1用于左右舷氣槍選擇;按鈕指示開關(guān)K3、K4用于脈沖控制信號輸出類型啟動;按鈕開關(guān)K2用于交流電源總輸入，其它開關(guān)用于對應(yīng)計(jì)時(shí)器的暫停和復(fù)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(jì)時(shí)器3輸出控制AC-DC輸出實(shí)現(xiàn)的。工作過程如下：斷電狀態(tài)下手動設(shè)置計(jì)時(shí)器3的定時(shí)時(shí)間T1=脈沖寬度和T2=脈沖間隔，通過雙刀切換開關(guān)K1選擇左舷或右舷氣槍工作，開啟電源開關(guān)K2，接通K3開關(guān)，啟動單脈沖輸出。上電后計(jì)時(shí)器3啟動，等待T2時(shí)間后，計(jì)時(shí)器6腳輸出高電平，保持T1時(shí)間長度。然后6腳斷電持續(xù)設(shè)置的暫停時(shí)間T2，序列將重復(fù)下去，直至K3斷開。當(dāng)計(jì)時(shí)器3的6腳保持T1時(shí)間通電時(shí)，6腳輸出控制AC-DC電源CTL端，控制電源40VDC輸出，當(dāng)6腳保持T2時(shí)間斷電時(shí)，AC-DC停止輸出，脈沖信號循環(huán)輸出。通過設(shè)置T1可以調(diào)整脈沖寬度，通過調(diào)整T2，可以調(diào)整脈沖間隔，T1+T2為脈沖周期即可調(diào)，脈沖占空比亦可調(diào)。圖2為單脈沖輸出時(shí)序圖。

圖2 單脈沖輸出時(shí)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(jì)時(shí)器1控制計(jì)時(shí)器2，計(jì)時(shí)器2輸出脈沖控制信號控制AC-DC輸出產(chǎn)生的。工作過程如下：設(shè)置計(jì)時(shí)器1的通電保持計(jì)時(shí)為T3， 斷電保持計(jì)時(shí)為T4，計(jì)時(shí)器2通電保持時(shí)間為T1，斷電保持時(shí)間為T2。計(jì)時(shí)器1的8腳連接7腳，計(jì)時(shí)器1輸出6腳控制計(jì)時(shí)器2的7腳供電。通過雙刀切換開關(guān)K1選擇左舷或右舷氣槍工作，接通K2開關(guān)，控制器上電，按下開關(guān)K4，啟動成組脈沖輸出，計(jì)時(shí)器1上電后啟動，計(jì)時(shí)器1的6腳輸出保持供電，控制計(jì)時(shí)器2的7腳供電，計(jì)時(shí)器2輸出脈沖信號，脈寬為T1，間隔為T2，脈沖持續(xù)時(shí)間長度為T3長度，計(jì)時(shí)器26腳控制AC-DC輸出。當(dāng)T3時(shí)間計(jì)時(shí)結(jié)束，計(jì)時(shí)器1保持?jǐn)嚯姞顟B(tài)，此時(shí)計(jì)時(shí)器26腳斷開，計(jì)時(shí)器2停止輸出脈沖，直至計(jì)時(shí)器1定時(shí)T4時(shí)間結(jié)束后，再次循環(huán)計(jì)時(shí)T3，計(jì)時(shí)器16腳保持通電，計(jì)時(shí)器2的7腳供電，計(jì)時(shí)器2輸出脈沖信號，如此反復(fù)循環(huán)，直至斷開K4。成組脈沖的持續(xù)發(fā)生時(shí)間長度由計(jì)時(shí)器1的定時(shí)T3確定，成組脈沖的時(shí)間間隔由計(jì)時(shí)器1的定時(shí)T4確定，因此均可調(diào)整。成組脈沖的單脈沖脈寬由計(jì)時(shí)器2的T1確定，單脈沖間隔由計(jì)時(shí)器2的T2確定，因此也可以調(diào)整。圖3為成組脈沖輸出時(shí)序圖。

圖3 成組脈沖輸出時(shí)序圖

2.設(shè)備選型

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

圖4 DH48S-S計(jì)時(shí)器外觀圖

該計(jì)時(shí)器具有以下特點(diǎn)：

高兩位BCD撥碼為限時(shí)釋放預(yù)置時(shí)間，低兩位BCD撥碼為限時(shí)吸合預(yù)置時(shí)間，高亮度LED顯示;時(shí)間設(shè)置范圍0.1s～990h;可往復(fù)循環(huán)限時(shí)工作，T1為限時(shí)釋放時(shí)間，T2為限時(shí)吸合時(shí)間。具備暫停、復(fù)位功能;觸點(diǎn)容量5A/30VDC;電氣壽命1000000;功率消耗：2W。

DH48S-S內(nèi)部連接圖如圖5所示。

圖5 計(jì)時(shí)器內(nèi)部連接圖

3.試驗(yàn)與結(jié)果

根據(jù)前述設(shè)計(jì)方案，制作了一臺實(shí)物樣機(jī)如圖6所示，其前面板由電源開關(guān)、單脈沖設(shè)置計(jì)數(shù)器、成組脈沖計(jì)數(shù)器、啟動按鈕和左右舷切換開關(guān)組成。后面板包括輸入220VAC電源和輸出40VDC接線端子。當(dāng)需要輸出單脈沖時(shí)，首先設(shè)置單脈沖設(shè)置計(jì)數(shù)器，T1為脈寬參數(shù)，T2為脈沖間隔參數(shù)。設(shè)置好后，開啟電源開關(guān)，選擇左右舷輸出，按下單脈沖啟動按鈕后，計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)工作，輸出單脈沖控制電磁閥動作。當(dāng)需要輸出成組脈沖時(shí)，在斷電條件下，設(shè)置成組連續(xù)脈沖設(shè)置計(jì)數(shù)器，圖6中中間的計(jì)數(shù)器用于設(shè)置脈沖持續(xù)時(shí)間長度和間隔，右邊計(jì)數(shù)器用于設(shè)置單脈沖寬度和間隔。設(shè)置好計(jì)數(shù)器后，打開電源開關(guān)，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(shí)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(shí)物外形圖

圖7 脈沖設(shè)置輸出波形圖

4.結(jié)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(diào)單脈沖，也可輸出工作時(shí)間和工作間隔可調(diào)的成組脈沖，該控制器制作簡單，設(shè)計(jì)成本低廉。經(jīng)過實(shí)際使用證明，該控制器滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能指標(biāo)要求?？蓮V泛用于電磁閥或其它脈沖輸入設(shè)備的控制使用。

參考文獻(xiàn)

[1]羅桂純.氣槍震源在地球深部結(jié)構(gòu)探測中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].地球物理學(xué)進(jìn)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(tuán)公司第七一○研究所工程師。