一种分布式电磁发射机系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种分布式电磁发射机系统及控制方法。所述系统包括：多电源模块，多发射模块，和可选的控制模块；所述多电源模块通过将多个AC/DC变换器并联，实现380V交流到直流的多种转换，使得该模块具有电压调节的功能；多发射模块通过多个子发射模块，将转换出来的多个直流电压信号，有选择地传送到多个子发射模块，实现分配式发射功能；所述控制模块由FPGA实现主要的控制逻辑，由MCU实现发射机与计算机软件的数据通信。所述系统和方法可以灵活配置发射机功率容量，有效提高高频发射电流的峰值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种分布式电磁发射机系统及控制方法，进一步地涉及利用该系统和方法进行电磁法勘探的应用。
技术介绍
人工源电磁法的发射源的布设，在待探测区域内将根据工作任务，在一定的位置布设两个接地电极，这两个接地电极之间的距离一般为1Km-3Km，两个电极通过导结连接到发射机上，发射机与发电机通过导线相连接。CN103308950A公开了一种多功能的电磁发射仪，包括系统控制单元、波形合成及保护单元、功率驱动电路、H桥电路、发射单元、显示单元、同步模块和存储单元，系统控制单元含有微控制器，波形合成及保护单元含有现场可编程门阵列(FPGA)，四个功率MOSFET管组成H桥发射电路，A/D采集单元由霍尔电压传感器和微控制器内部A/D组成，显示单元由电阻式触摸屏组成。本专利技术用微控制器和FPGA实现了多种波形的产生，波形数据在SD卡中可任意修改与添加，电流值数据存储在U盘内及实时在触摸屏上显示。CN202798170U公开了一种瞬变电磁发射装置和使用该瞬变电磁发射装置的瞬变电磁发射系统，该瞬变电磁发射装置包括全桥开关电路和光耦隔离输出电路，所述全桥开关电路包括有时序信号输入端和负载接入端，所述光耦隔离输出电路包括受控信号输入端和时序信号输出端，所述时序信号输出端与时序信号输入端连接。CN202631750U公开了一种用于地质勘探的瞬变电磁发射装置，包括发
射天线和用于组成桥臂的开关，其特征在于所述发射天线由小电感量发射天线和大电感量发射天线组成，所述开关有三组，其中一组是公共组，三组开关与小电感量发射天线和大电感量发射天线分别组成全桥发射电路。CN204906195U公开了一种电磁发射机，所述电磁发射机包括：发电机组，三相整流桥、滤波电容、一级逆变桥、谐振电感、隔值电容、高频变压器、高频整流桥、LC滤波电路以及二级逆变桥；其中，所述发电机组与所述三相整流桥连接，用于输出交流电到所述三相整流桥；所述三相整流桥的输出端与所述滤波电容连接，用于将输入的三相交流电整流后形成直流电输出到所述滤波电容，所述滤波电容的输出端与所述一级逆变桥连接，用于将接收的直流电进行滤波后输出到所述一级逆变桥，所述一级逆变桥的输出端与所述高频变压器的原边连接，用于将接收到的滤波后的直流电逆变产生交流方波并输出到所述高频变压器的原边；所述高频变压器的副边与所述高频整流桥连接，用于将接收的交流方波升压后输出到所述高频整流桥，所述高频整流桥的输出端与所述LC滤波电路连接，用于将所述升压后的交流方波整流形成直流方波，所述LC滤波电路与所述二级逆变桥连接，用于将接收的直流方波滤波形成直流电，所述二级逆变桥将接收的直流电进行逆变后产生不同的方波并输出到输出端口；所述谐振电感与所述隔值电容串联在所述一级逆变桥与所述高频变压器的原边之间的线路上，所述一级逆变桥的每个功率器件上并联有滤波电容，所述滤波电容、谐振电感与隔值电容形成谐振回路，用于控制所述一级逆变桥；所述电磁发射机还包括与所述一级逆变桥的滞后桥臂并联的辅助电流源网络，用于调节所述一级逆变桥的滞后桥臂在开通和关断过程中的电压。CN1445915A公开了一种用于动车组的软开关隔离变换器，用于隔离变压的开关变压器的次级经整流器件直接连至输出滤波电容上，在常规的高频开关变换器的拓扑结构中，用可控恒流源作功率开关，通过这样的电路结构的简化，提供一种没有输入、输出扼流电感的软开关隔离变换器，在启动过
程中、稳态工作时和负载短路保护时都不对输入电压源等产生冲击电流，而且输出整流器件、可控恒流源中的功率管都是软开关，从而降低开关损耗和电磁干扰。“海洋可控源电磁勘探中空气波压制方法研究”，汪轩等，中国地球物理，2013年，公开了正海洋可控源电磁(MCSEM)勘探中空气波对海底电磁响应的影响，在浅水域勘探时，它与来自海底地层的有效信号相互作用，会淹没来自地层的有效信号，阻碍了浅水域MCSEM勘探的应用。该论文基于空气或无限水层模型，利用水与空气层交界面产生的空气波在海底和海水-空气界面之间形成衰减交混回响信。人工源电磁法工作时，首先利用发射机给导线供以一定频率的电磁信号，这种信息通过接地电极向地下发送变化的电磁场，电磁场在向地下传播的过程中，会在地下异常体中激发出感应电流，通过地面布设的接收机，接收不同供电频率形成的电位，通过分析这种电位信号，达到探测地下不同深度目标体的目的(可例如参见图1)。如图1所示，发射模式为集中式发射，即在人工场源大地电磁法勘探中，电磁发射机按照一定的发射极距向大地注入交变电流，接收机通过获取大地介质对的响应，来构建地下介质电导率的分布信息。由于与电磁发射机相连接的两个接地电极距离一般较大，需要较长的传输导线连接发射机和接地，这样才能形成完整的回路，实现电磁信号有效传送的功能。参见图2，该图为集中式人工源电磁发射机拓扑图。由发电机组供出380V交流电，交流电经过软启动、不控整流桥、逆变桥H1、高频变压器、高频整流桥、感容滤波、逆变输出等八个电路模块，变换为脉动直流电；其中，不控整流桥由四个单向二极管组成；逆变桥H1由4个大功率的晶体管构成，通过4个驱动波形控制线路，将整理滤波后的直流逆变为高频(20KHz)交流电；再经过高频变压器将电压抬升为高频高压交流电，通过高频整流桥、感容滤波器转变为精准恒稳直流电；最后通过逆变输出部分逆变为高频方波
信号，经由传输线注入到发射电极A和发射电极B，并由发射电极A和发射电极B供入大地中。但是，由电工原理可知，传输线上存在寄生电容、寄生电感、寄生电阻等寄生参数，传输线越长，这种寄生参数的影响越大，寄生电阻会相应的减少输出的电流值。寄生电感增加发射电流的上升时间，使输出电流相位滞后于输出电压。当两个电极分别位于发射机的两侧，传输线完全被引向相反方向，所以传输线上的寄生电容可以有一定程序的抵消，但是如果发射机不在两个接地电极的正中间，发射机两端的传输线长度不一样，寄生电容具有的影响。最双向交流导致输出电流峰值减小，发射系统输出的有效功率随之越小。特别地，传输线上的寄生电感对整个系统影响相当大，具体表现为：1)会增加电流的上升时间，使发射波形畸变；2)当发射高频电流时，由于寄生电感的存在，使得整体发射机负载阻抗变大，发射电流峰值减小，对探测深度产生影响。综上可知，由于线上或者负载中的感性部分的影响，会使等效阻抗增大，电流有效值降低，最终使得发射机发射的功率减小。本领域需要一种能够有效克服所述缺陷的电磁发射机系统及控制方法。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的上述缺陷，从如何提高电磁发射机的大功率发射能力、增加高频电流峰值的角度出发，提出一种新型分布式电磁发射机系统及控制方法。该电磁发射系统可以灵活配置发射机功率容量，有效提高高频发射电流的峰值。基于上述，本专利技术提供了以下技术方案。在本专利技术的一方面，提供了一种分布式电磁发射机系统，该系统包括：多电源模块，多发射模块，和可选的控制模块；所述多电源模块通过将多个AC/DC变换器并联，实现380V交流到直流的多种(例如500V---1000V)转换，使得该模块具有电压调节的功能；多发射模块通过多个子发射模块，将转换出来的多个直流电压信号，有选择地传送到多个子发射模块，实现分配式发射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式电磁发射机系统，该系统包括：多电源模块，多发射模块，和可选的控制模块；所述多电源模块通过将多个AC/DC变换器并联，实现380V交流到直流的多种（例如500V‑‑‑1000V）转换，使得该模块具有电压调节的功能；多发射模块通过多个子发射模块，将转换出来的多个直流电压信号，有选择地传送到多个子发射模块，实现分配式发射功能；所述控制模块由FPGA实现主要的控制逻辑，由MCU实现发射机与计算机软件的数据通信。

【技术特征摘要】
1. 一种分布式电磁发射机系统，该系统包括：多电源模块，多发射模块，和可选的控制模块；所述多电源模块通过将多个AC/DC变换器并联，实现380V交流到直流的多种（例如500V---1000V）转换，使得该模块具有电压调节的功能；多发射模块通过多个子发射模块，将转换出来的多个直流电压信号，有选择地传送到多个子发射模块，实现分配式发射功能；所述控制模块由FPGA实现主要的控制逻辑，由MCU实现发射机与计算机软件的数据通信。2. 根据权利要求1所述的系统，其中在所述多电源模块中，由普通的电力发电机组发出380V的交流电，并把交流电传送到电力发电机组的输出端；输出端并联了多组大功率AC/DC电源转换装置，将380V交流电压转换成个直流电压；任选地，可以将多个直流电压有选择地发送发射模块。3. 根据权利要求1或2所述的系统，其中在所述多发射模块中，设计了多个不同的子发射模块，根据实际工作需要，与不同的接地电极相连；通过计算机软件控制，选择不同的子发射模块与不同的接地电极相连；实现不同的发射位置和发射极距情况下的佳发射。4. 根据前述权利要求2所述的系统，其中在所述多电源模块中，由普通的电力发电机组发出380V的交流电，并将交流电传送到电力发电机组的输出端；输出端并联了多组大功率AC/DC电源转换装置，能够将380V交流电压转换成个直流电压；多组AC/DC电源模块输出并联到直流母线，通过上位机软开能够配置每个AC/DC电源模块的输出功率等级，多个AC/DC并联能够有效提高发射系统的输出功率；直流母线连接多个发射模块，每个发射模块安装在靠近接地电极的位置，每个发射模块对应一个接地发射电极；通过上位机软件选择使能具体的发射模块，能够将多个直流电压有选择地发送到发射模块。5. 根据权利要求4所述的系统，其中电源模块所对主对应的线路拓扑结构为：电源AC 380V为工频电力发电机组，三相发电机的输出连接到AC/DC模块的不控整流器输出侧，不控整流桥由二极管D1-D6组成，不控整流器的输出连接大容量电解电容滤波器C1，并且连接到晶体管S1-S4构成的高频逆变桥，高频逆变桥输出一端连接到隔直电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：底青云，张一鸣，郭兵，薛国强，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11