[发明专利]双极性梯形电流的大磁矩发射机及其电流产生方法

说明书

本发明公开了一种双极性梯形电流的大磁矩发射机及其电流产生方法，涉及航空瞬变电磁勘探技术领域。本发明所述的发射机包括：梯形电流恒压钳位电路、电流过冲抑制电路、发射机主控电路等部分，本发明通过基于无源恒压钳位方法的梯形电流恒压钳位电路，实现了电流下降沿快速线性关断，同时电流上升沿快速线性提升，从而形成双极性梯形电流；另外，结合电流过冲抑制电路的设计，对阻尼电阻作用时间进行控制，能够有效消除电流尾部振荡；最后，本发明基于所述的发射机提出了一种双极性梯形电流产生方法，对于进一步提高发射电流波形的质量，提升航空瞬变电磁勘探系统的探测性能具有十分重要的应用意义。

技术领域

本发明涉及航空瞬变电磁勘探技术领域，尤其涉及一种双极性梯形电流的大磁矩发射机及其电流产生方法。

背景技术

航空瞬变电磁勘探系统是探测电性异常矿体尤其是金属矿的重要手段之一，具有低成本、速度快、通行性好的特点，可用于地表植被、沙漠等覆盖区的靶区优选与资源快速评价，可实现大面积矿产资源快速勘查，其飞行搭载平台主要包括固定翼飞机和直升机。航空瞬变电磁方法是一种建立在电磁感应基础上的时间域人工源电磁探测方法。通过悬吊在飞机下方的多匝线圈向地下发送脉冲电流，产生一次脉冲磁场(一次场)，在一次场激励下，矿体内部形成涡旋电流，并向上辐射携带矿体电性信息的感应电磁场(二次场)，安装在吊舱内的接收线圈将检测到二次磁场并通过电缆传输至飞行平台搭载的多通道接收机，通过数据处理与反演可获得地下矿体的电性特征和分布信息。

高达数百安培的大电流发射机是航空瞬变电磁勘探系统的核心部分，其发射功率大小、电流关断特性、以及电流重复频率等关键技术参数，直接决定了系统的探测深度及探测精度。航空瞬变电磁系统常见发射电流波形包括方波、三角波，以及半正弦波，其中方波是最常用的一种。本发明涉及的双极性梯形波是方波的一种，其特点是分为上升沿线性变化段、平稳段，以及下降沿线性变化段的梯形变化电流。

理想的瞬变电磁方法零关断电流在现实中是不存在的，基于非零关断的瞬变电磁理论模型，要求方波发射电流下降沿保持高度线性，即斜坡电流。航空瞬变电磁系统的发射回线为多匝线圈，具有电感大，电阻小的特点。由于电感具有阻碍电流变化的特性，发射机输出波形的上升沿电流不能立即升高，而是以指数规律缓慢上升，与此同时，在发射机输出波形的下降沿，电流不能立即为零，而是以指数规律缓慢下降，不满足斜坡电流要求。而且，当下降沿电流衰减为零时，由于电路中寄生电容的存在，电流在下降为零后还会发生振荡，形成电流过冲。

针对航空瞬变电磁系统多匝发射线圈为强感性负载的特点，航空瞬变电磁法要求发射电流具有以下特性：1)电流上升段，在数毫秒的时间内达到数百安培的峰值电流，上升沿必须进行快速提升；2)电流平稳段，电流在数毫秒时间内保持电流稳定不变；3)电流下降段，在数微秒时间内实现电流下降沿快速、线性下降；4)电流过冲段，由于电路寄生参数的影响，电流关断为零后还会出现阻尼振荡形成电流过冲，必须对电流过冲进行有效抑制。

现有的航空电磁系统产生方波电流发射方法包括：1)上升沿一般不进行提升，让其指数上升；下降沿进行提升，采用传统的RCD电路、RC电路、耗能型准谐振电路，可以在一定程度上减小关断时间，且电流下降沿的晚期线性度较好；2)利用电容对电流下降沿泄放的能量进行储能，使电流下降沿按照指数特性下降，将电容储能在电流上升沿进行泄放，提升电流上升沿；3)利用阻尼电阻可以对电流过冲进行抑制，但是一般直接并联在发射线圈两端，全时段工作，导致阻尼电阻发射严重。所以结合现有阶段航空瞬变电磁系统发射机的现状，针对该系统对发射机的上述技术要求，提出一种大磁矩双极性梯形电流的发射机及其电流产生方法，对有效提高系统的技术水平和勘探能力具有十分重要的意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题