瞬变电磁勘探系统发射机技术方案

本发明专利技术涉及一种瞬变电磁勘探系统发射机，其主电路包括：交流电源，第一级整流器，可控逆变器，变压器，第二级整流器，发射逆变器，发射负载。控制系统采用电流电压负反馈的双闭环控制方法，同时针对瞬变电磁系统发射波形的特点，设计了发射波形前馈补偿的方法，提高了波形质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地球物理勘探领域，进一步涉及一种瞬变电磁勘探系统发射机。
技术介绍
随着我国经济的高速发展以及对能源需求的增加，矿产资源勘探成为地球物理领域的重要研究课题。瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Method，简写为TEM)是目前广泛应用的地质结构勘探方法之一。它利用接地导线或不接地回线通以脉冲电流作为场源，以激励探测目的物感生二次电流，在脉冲间隙测量二次场随时间变化的响应，通过对二次场的研究，获得地下物质体结构和分布信息。瞬变电磁法可解决的地质问题范围不断扩大，已广泛应用在矿产勘探与工程探测等领域。瞬变电磁勘探系统想要得到精确的地下物质体信息，需要高质量的发射场源，而获得高质量入射场源的关键是发射高质量的电流波形。瞬变电磁勘探技术发送电流波形为双极性方波，发射电流的一个完整供电周期是由正向供电，正向停供电，反向供电，反向停供电4个过程组成。发射波形如图1所示。理想的发射电流波形是快速线性下降的，如图2所示。关断时间为Δt，开始关断时间为t1，完全关断时间为t2，则Δt＝t2-t1发射波形下降沿要达到的目标是，关断时间Δt小(陡度大)，线性度高。发射波形的质量受多种条件的影响。由于发射波形有一定的占空比，电流开通与关断时，会造成电流输出的不稳定；由于输出频率的变化，发射电极间的负载由于集肤效应的影响，阻抗特性会有很大的改变，会造成电流输出的不稳定，另外，发射机不含钳位电路时，发射波形的下降沿受负载特性的影响，缓慢而非线性下降，造成电流输出的不稳定。然而上述现有技术存在如下技术缺陷：1.现有瞬变电磁发射机大多由电源和发射逆变器组成，两部分独立工作的方法。这种方法的发射电流波形易受负载条件影响，动态响应慢，稳态精度较低，发射电流波形质量难以保证；2.现有的瞬变电磁发射机为了提高发射波形质量，在发射带有占空比的波形时(如图1所示)，大多采用添加额外的负载装置，将关断期间的能量加到额外负载装置上，对于大功率仪器来说，额外负载装置将使整套仪器更复杂、庞大，耗费更多能量；3.现有技术的瞬变电磁发射机，在大功率发射应用时，受元器件性能和电路复杂程度的影响，对发射波形的下降沿，无法采用小功率发射机的钳位电路技术，导致下降沿的陡度和线性度不够理想。因此需要专利技术更高发射电流波形质量的瞬变电磁勘探系统发射机来满足地球物理勘探方法的需求。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种瞬变电磁勘探系统发射机，以解决以上所述现有技术中的至少一项技术问题。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术提供一种瞬变电磁勘探系统发射机，包括主电路，所述主电路包括第一级整流器，可控逆变器，变压器，第二级整流器和发射逆变器，其中，所述第一级整流器配置为与一交流电源连接，并将交流电源输入的交流电压整流为直流电压；所述可控逆变器与所述第一级整流器连接，以将直流电压转变为交流电压；所述变压器与所述可控逆变器连接，以将可控逆变器转变的交流电压进行变比升压；所述第二级整流器与所述变压器连接，以将升压后的交流电压整流为直流电压；所述发射逆变器与所述第二级整流器连接，所述发射逆变器包括由四个绝缘栅双极型晶体管组成的H桥，并且在每个绝缘栅双极型晶体管的集电极和发射极之间反向连接有二极管，所述发射逆变器的输出连接发射负载。优选的，所述发射逆变器和所述第二级整流器之间连接一滤波电容，以作为所述发射逆变器母线的钳位滤波电容。优选的，发射机还包括控制电路，所述控制电路包括发射电流检测电路、发射电压检测电路、发射逆变器驱动电路和主控制器，其中，所述发射电流检测电路连接所述发射逆变器的输出端，以检测所述发射逆变器的发射电流，发射电流检测电路还连接所述主控制器，以将检测的发射电流值传输至主控制器；所述发射电压检测电路连接所述发射逆变器的输入端，以检测所述发射逆变器的发射电压，发射电压检测电路还连接所述主控制器，以将检测的发射电压值传输至主控制器；所述发射逆变器驱动电路连接于所述主控制器和发射逆变器之间，以将主控制器设定的波形通过所述发射逆变器进行发射。优选的，所述控制电路还包括可控逆变驱动电路和脉冲宽度调制器，所述主控制器经所述脉冲宽度调制器以及可控逆变驱动电路连接至所述可控逆变器，所述可控逆变器在所述脉冲宽度调制器和主控器控制下将直流电转换为高频交流电。优选的，所述控制电路还包括人机接口，所述人机接口与所述主控器连接，以通过所述人机接口形成设定的波形。优选的，所述控制电路还包括第一级整流电压检测电路，所述第一级整流电压检测电路连接所述第一级整流器的输出端，以检测所述第一级整流器的整流电压，第一级整流电压检测电路还连接所述主控制器，以将检测的整流电压值传输至主控制器。优选的，所述发射负载为多匝导线制成的回线，构成磁性源负载；或者所述发射负载也为接地导线，该接地导线构成电性源负载。优选的，所述可控逆变器包括由四个绝缘栅双极型晶体管组成的H桥，在每个绝缘栅双极型晶体管的集电极和发射极之间反向连接有二极管。优选的，所述第一级整流器和第二级整流器均为不可控二极管整流器。优选的，所述变压器为升压变压器，额定工作频率为20kHz。(三)有益效果通过上述技术方案可以得知本专利技术的瞬变电磁勘探系统发射机的有益效果在于：1.本专利技术所设计的瞬变电磁勘探系统发射机采用一体化控制方法。这种控制方法可以提高系统动态响应和稳态精度，在负载情况复杂多变的情况下，能够快速调整，保持发射波形的稳定和精度，提高发射波形的质量。也可以有效减小发射逆变器的逆变桥前的直流母线储能电容容量。2.本专利技术所设计的瞬变电磁勘探系统发射机采用了电流电压双闭环的控制结构，并加入了发射电流波形补偿，在发射如图1所示的波形时，在开通和关断瞬间，主控制器能够提前计算负载所需功率，这样发射波形不会有剧烈的振动，恒流期间波形精度高，不添加任何额外的负载装置，就能够保证发射电流波形的质量。3.本专利技术所设计的瞬变电磁勘探系统发射机采用了母线电压钳位方法，在电流下降沿，将负载电压钳位到了母线电压上，在负载一定的情况下，母线电压越大，下降沿陡度越大，由于母线电压在下降沿期间基本保持不变，所以下降沿斜率是固定值，即线性下降，本专利技术能够有效提高下降沿的陡度和线性度。附图说明图1是瞬变电磁勘探系统发射机的发射电流波形图；图2是电流发射电流波形的下降沿示意图；图3是本专利技术实施例的瞬变电磁勘探系统发射机的主电路拓扑结构图；图4a和图4b分别是本专利技术实施例发射机两种发射方式示意图；图5是本专利技术实施例的发射逆变器的电路图；图6是本专利技术实施例的控制电路图；图7是本专利技术实施例的主控制器的内部控制结构图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。下述参照附图对本专利技术实施例的说明旨在对本专利技术的总体专利技术构思进行解释，而不应当理解为对本专利技术的一种限制，应当理解，它们提供本领域内技术人员理解由所附权利要求书的范围描述的实施例涵盖的替代形式、等效物和修正例的基础。针对以上所述的技术缺陷，本专利技术的目的是提供一种瞬变电磁勘探系统发射机技术，降低瞬变电磁发射机的复杂程度，改善发射系统的动态响应和稳态精度，提高发射电压电流波形的质量。为达到上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种瞬变电磁勘探系统发射机，包括主电路，其特征在于：所述主电路包括第一级整流器，可控逆变器，变压器，第二级整流器和发射逆变器，其中，所述第一级整流器配置为与一交流电源连接，并将交流电源输入的交流电压整流为直流电压；所述可控逆变器与所述第一级整流器连接，以将直流电压转变为交流电压；所述变压器与所述可控逆变器连接，以将可控逆变器转变的交流电压进行变比升压；所述第二级整流器与所述变压器连接，以将升压后的交流电压整流为直流电压；所述发射逆变器与所述第二级整流器连接，所述发射逆变器包括由四个绝缘栅双极型晶体管组成的H桥，并且在每个绝缘栅双极型晶体管的集电极和发射极之间反向连接有二极管，所述发射逆变器的输出连接发射负载。

【技术特征摘要】
1.一种瞬变电磁勘探系统发射机，包括主电路，其特征在于：所述主电路包括第一级整流器，可控逆变器，变压器，第二级整流器和发射逆变器，其中，所述第一级整流器配置为与一交流电源连接，并将交流电源输入的交流电压整流为直流电压；所述可控逆变器与所述第一级整流器连接，以将直流电压转变为交流电压；所述变压器与所述可控逆变器连接，以将可控逆变器转变的交流电压进行变比升压；所述第二级整流器与所述变压器连接，以将升压后的交流电压整流为直流电压；所述发射逆变器与所述第二级整流器连接，所述发射逆变器包括由四个绝缘栅双极型晶体管组成的H桥，并且在每个绝缘栅双极型晶体管的集电极和发射极之间反向连接有二极管，所述发射逆变器的输出连接发射负载。2.根据权利要求1所述的瞬变电磁勘探系统发射机，其特征在于，所述发射逆变器和所述第二级整流器之间连接一滤波电容，以作为所述发射逆变器母线的钳位滤波电容。3.根据权利要求1所述的瞬变电磁勘探系统发射机，其特征在于，还包括控制电路，所述控制电路包括发射电流检测电路、发射电压检测电路、发射逆变器驱动电路和主控制器，其中，所述发射电流检测电路连接所述发射逆变器的输出端，以检测所述发射逆变器的发射电流，发射电流检测电路还连接所述主控制器，以将检测的发射电流值传输至主控制器；所述发射电压检测电路连接所述发射逆变器的输入端，以检测所述发射逆变器的发射电压，发射电压检测电路还连接所述主控制器，以将检测的发射电压值传输至主控制器；所述发射逆变器驱动电路连接于所述主控制器和发射逆变器之间，...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿智，刘丽华，吴凯，方广有，李巨涛，刘富波，张启卯，时宗洋，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11