[发明专利]磁性源非调制式发射机及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地球物理勘探设备，尤其是瞬变电磁发射系统，特别是发射天线为强感性磁性源(线圈)负载的磁性源电磁发射机。

背景技术

时间域瞬变电磁法(TEM)是地球物理探测领域里一种应用前景十分广阔的勘探方法,且目前已经成功地应用于煤矿、金属矿、石油、煤气勘查等工程探测方面。瞬变电磁发射机通常使用大电感、小电阻的线圈负载，尤其在航空电磁法和井下电磁法等特殊场合对线圈的尺寸有所限制，实际上多采用多匝小线圈。因此，对于瞬变电磁磁性源发射机的功率变换电路提出了特殊的要求。

CN203786309U公开了一种“瞬变电磁发射机被动吸收电路”，采用TVS管、SIDAC器件来吸收关断时发射线圈中的发射电流，减小电流关断时间，但是往往应用在强感性磁性源(线圈)负载上关断延时还是太长，而且关断延时电流波形下降沿非线性，不可控制，浅层盲区很大。

现有的航空瞬变电磁发射机使用调制式发射技术，虽然减小了电流关断延时和电流上升时间，但是发射电流波形是经调制过的，波形不稳定，电流纹波较大，会产生电磁干扰，从而影响探测精度。

赵海涛在<仪器仪表学报>2013年第4期P803-808公开了《恒压钳位高速关断瞬变电磁发射系统》，提到了“恒压钳位电路”，该电路应用后，电流关断延时短，电流下降沿线性度高，并提升了电流前沿上升速度，但在关断后电流有反向，并且带有振荡，对二次场影响比较大，也给数据反演解释带来了很大的难度。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术存在的不足，提供一种针对强感性磁性源(线圈)负载，能够在使用感性较大的发射线圈时，通过对功率变换电路改进和控制，实现发射电流高速关断，下降沿线性度好，关断后波形无振荡，无反向，电流前沿上升速度加快，并且采用闭环自动控制的磁性源非调制式发射机。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

磁性源非调制式发射机，是由主控制模块1分别连接人机接口8、GPS模块和WIFI模块7、笔记本电脑11，主控制模块1经A/D模块6和H桥路3与电源9连接，主控制模块1经驱动模块2、钳位电路4和H桥路3与发射线圈10连接，驱动模块2经阻尼吸收电路5和H桥路3与发射线圈10连接，驱动模块2与H桥路3连接，钳位电路4与A/D模块6连接构成。

所述的H桥路3正向供电开始Q1和Q4导通，Q3、Q2和Q5截止，当Q1和Q4截止，Q3和Q2导通，Q3、Q2和Q5中的续流二极管和电容C1构成续流回路，负载能量转移到C1；负向供电截止Q1、Q4和Q5中的续流二极管和电容C₁构成续流回路。

所述的发射线圈10为100＊100m单匝线圈、1m＊1m多匝线圈、2m＊2m多匝线圈或20m＊20m多匝线圈。

所述的主控制模块1通过双闭环控制发射电路，其中一组闭环网络控制钳位电路4的钳位电压自动调整到所设电压；另一组闭环网络通过控制阻尼吸收电路3自动调整吸收，使关断后的电流波形无震荡。

所述的电源9进入桥路前串有二极管，二极管在发射电流截止时刻发射线圈10上的瞬间高压不会对电源造成冲击，钳位电路4的高压电容将此能量储存，在脉冲电流上升沿放电时，能量全部加在发射线圈10上，而不会回馈到电源9，降低了能量损耗，且大大提升了电流脉冲前沿上升速度。

所述的H桥路3功率开关管两端设有保护单元，在桥路正常打开后将保护单元中的能量经过发射线圈放掉，提升了电流前沿，并且不对电流关断有影响。

磁性源非调制式发射机的控制方法，包括以下步骤:

A、首先仪器启动准备设置参数，包括：频率、占空比、发射电流最大值、钳位电压和线圈类型

B、设置好参数后准备发射，仪器进入预发射状态，启动发射后，发射机先给电容充电，充电完成后进入参数校正阶段，参数校正结束；

C、驱动控制，使用两组闭环控制，两组闭环同时工作：

其中一组控制钳位电压，通过测量高压电容两端的电压后，将模拟量转换为数字量，然后进行数字滤波，开口时间调整，参数修正；

另一组网络通过控制阻尼吸收电路，采集发射电流，关断延时测量，吸收时间调整，参数修正；

D、经过双闭环控制后，发射机进行高压参数修正和关断延时测量修正，询问是否停止发射，如果停止发射跳到设置参数页面，如果不停止发射，则开始测量；

E、该控制方法实现了发射机自动工作，操作人员只需设置好初始发射机自动完成工作。