简易脉冲发生器的设计与应用

陈勇 颜蕾

【摘要】设计了一种简单实用的脉冲发生器，可以手动和自动输出占空比可调单脉冲，也可输出工作时间和工作间隔可调的成组脉冲，该控制器制作简单，成本低廉。

【关键词】气枪;时间继电器;脉冲

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

水下高压气枪是产生声频、次声频物理场的一种声换能装置。它是利用空气压缩机作为动力源，为高压气枪提供高压空气。当高压空气进气枪内部储气室，并达到一定压力值时，其上配置的电磁阀接收电信号并开启，此时高压空气迅速向水中释放，形成大量的气泡，气泡在水中脉动产生次声和声场。这种水下高压气枪的特点是间歇性向水中释放气泡，从而产生脉冲声波[1]。

脉冲发生器主要用于高压气枪电磁阀的控制，常规脉冲发生器需使用单片机编程控制输出，若需要控制器可以手动和自动输出占空比可调单脉冲，也可输出工作时间和工作间隔可调的成组脉冲，每次都需要单片机需要重新编程，使用起来极其不方便。为此，本文设计了一种简单而易于实现的脉冲发生器的设计，该脉冲发生器可以实现手动和自动输出占空比可调单脉冲，也可输出工作时间和工作间隔可调的成组脉冲，且制作简单，成本低廉。

1.组成及工作原理

如图1所示。脉冲发生器由AC-DC电源1台、计时器3台、单刀双掷扭子开关K1、按钮指示开关K2、K3 、K4、K5、K6、K7、K8、K9、K10组成。AC-DC电源负责提供计时器的供电（上电输出），同时提供气枪电磁阀驱动电源（CTL控制输出）;计时器3负责实现单脉冲控制信号输出，用于控制AC-DC的CTL，控制输出电磁阀驱动电源;计时器1配合计时器2负责实现成组脉冲控制信号输出，用于控制AC-DC的CTL控制输出电磁阀驱动电源;单刀双掷扭子开关K1用于左右舷气枪选择;按钮指示开关K3、K4用于脉冲控制信号输出类型启动;按钮开关K2用于交流电源总输入，其它开关用于对应计时器的暂停和复位。

图1 脉冲发生器电路原理图

1）连续单脉冲输出

如图1所示，连续单脉冲由计时器3输出控制AC-DC输出实现的。工作过程如下：断电状态下手动设置计时器3的定时时间T1=脉冲宽度和T2=脉冲间隔，通过双刀切换开关K1选择左舷或右舷气枪工作，开启电源开关K2，接通K3开关，启动单脉冲输出。上电后计时器3启动，等待T2时间后，计时器6脚输出高电平，保持T1时间长度。然后6脚断电持续设置的暂停时间T2，序列将重复下去，直至K3断开。当计时器3的6脚保持T1时间通电时，6脚输出控制AC-DC电源CTL端，控制电源40VDC输出，当6脚保持T2时间断电时，AC-DC停止输出，脉冲信号循环输出。通过设置T1可以调整脉冲宽度，通过调整T2，可以调整脉冲间隔，T1+T2为脉冲周期即可调，脉冲占空比亦可调。图2为单脉冲输出时序图。

图2 单脉冲输出时序图

2）成组脉冲输出

如图1所示，成组脉冲的输出是通过计时器1控制计时器2，计时器2输出脉冲控制信号控制AC-DC输出产生的。工作过程如下：设置计时器1的通电保持计时为T3， 断电保持计时为T4，计时器2通电保持时间为T1，断电保持时间为T2。计时器1的8脚连接7脚，计时器1输出6脚控制计时器2的7脚供电。通过双刀切换开关K1选择左舷或右舷气枪工作，接通K2开关，控制器上电，按下开关K4，启动成组脉冲输出，计时器1上电后启动，计时器1的6脚输出保持供电，控制计时器2的7脚供电，计时器2输出脉冲信号，脉宽为T1，间隔为T2，脉冲持续时间长度为T3长度，计时器26脚控制AC-DC输出。当T3时间计时结束，计时器1保持断电状态，此时计时器26脚断开，计时器2停止输出脉冲，直至计时器1定时T4时间结束后，再次循环计时T3，计时器16脚保持通电，计时器2的7脚供电，计时器2输出脉冲信号，如此反复循环，直至断开K4。成组脉冲的持续发生时间长度由计时器1的定时T3确定，成组脉冲的时间间隔由计时器1的定时T4确定，因此均可调整。成组脉冲的单脉冲脉宽由计时器2的T1确定，单脉冲间隔由计时器2的T2确定，因此也可以调整。图3为成组脉冲输出时序图。

图3 成组脉冲输出时序图

2.设备选型

选用型号为DH48S-S-1Z的多模式数显时间继电器，其外形如图4所示。

图4 DH48S-S计时器外观图

该计时器具有以下特点：

高两位BCD拨码为限时释放预置时间，低两位BCD拨码为限时吸合预置时间，高亮度LED显示;时间设置范围0.1s～990h;可往复循环限时工作，T1为限时释放时间，T2为限时吸合时间。具备暂停、复位功能;触点容量5A/30VDC;电气寿命1000000;功率消耗：2W。

DH48S-S内部连接图如图5所示。

图5 计时器内部连接图

3.试验与结果

根据前述设计方案，制作了一台实物样机如图6所示，其前面板由电源开关、单脉冲设置计数器、成组脉冲计数器、启动按钮和左右舷切换开关组成。后面板包括输入220VAC电源和输出40VDC接线端子。当需要输出单脉冲时，首先设置单脉冲设置计数器，T1为脉宽参数，T2为脉冲间隔参数。设置好后，开启电源开关，选择左右舷输出，按下单脉冲启动按钮后，计数器开始计时工作，输出单脉冲控制电磁阀动作。当需要输出成组脉冲时，在断电条件下，设置成组连续脉冲设置计数器，图6中中间的计数器用于设置脉冲持续时间长度和间隔，右边计数器用于设置单脉冲宽度和间隔。设置好计数器后，打开电源开关，启动成组脉冲按钮输出。如图7所示为示波表测量输出一组单脉冲和一组成组脉冲波形。由于电磁阀吸合时有反向电动势，因此输出端必须外接吸波二极管。

图6 脉冲发生器实物外形图

图7 脉冲设置输出波形图

4.结束语

本文所阐述的简易脉冲发生器可以手动和自动输出占空比可调单脉冲，也可输出工作时间和工作间隔可调的成组脉冲，该控制器制作简单，设计成本低廉。经过实际使用证明，该控制器满足系统设计功能指标要求。可广泛用于电磁阀或其它脉冲输入设备的控制使用。

参考文献

[1]罗桂纯.气枪震源在地球深部结构探测中的应用研究进展[J].地球物理学进展，2006，21（2）.

作者简介：陈勇（1984—），男，湖北宜昌人，硕士，中国船舶重工集团公司第七一○研究所工程师。