一种航空瞬变电磁法多波脉冲发射电路制造技术

本发明专利技术提供一种航空瞬变电磁法多波脉冲发射电路，隔离降压电源U2、滤波器、防反冲单向二极管D3为激发梯形脉冲提供合适的电平和能量，滤波器包含电感L3、电容C5；隔离升压电源U1、滤波器、高压充电器为激发半正弦波脉冲提供合适的电平和能量，滤波器包含电感L1、电容C1，高压充电器包含电感L2、IGBT开关管G1、二极管D1、电容C2；波形辅助控制电路、H全桥逆变电路和发射线圈组成多波电磁脉冲主回路，波形辅助控制电路包含二极管D2、电容C3、IGBT开关管G2、电容C4，H全桥逆变电路包含IGBT开关管G3、IGBT开关管G4、IGBT开关管G5、IGBT开关管G6，发射线圈包含电感LTX、直流电阻RTX，它使得该电路可以兼顾探测深度能力和浅地层分辨能力。

【技术实现步骤摘要】
一种航空瞬变电磁法多波脉冲发射电路
本专利技术涉及电磁勘探
，尤其涉及一种航空瞬变电磁法多波脉冲发射电路。
技术介绍
航空瞬变电磁测量系统通常用一套发射子系统来激发一次电磁场，在地下感应产生的涡旋电流形成二次场，用接收子系统来获取二次场信号，利用二次场与大地导电率存在的函数关系，通过数据处理和解释技术来研究地下电性分布情况。航空瞬变电磁测量系统的发射脉冲波形对探测效果影响很大，一方面要求通过较高的脉冲幅值，以提高发射磁矩，进而提高深部地质体的探测能力，另一方面又要求脉冲具有较短的关断沿，以增加激励源的频带宽度，进而提高对浅层地质体的分辨能力。航空瞬变电磁系统通过增加发射线圈面积和发射电磁脉冲的峰值电流来提高发射峰值磁矩，一般采用多匝围绕飞机布设的线圈来增加面积，通过降低发射线圈直流电阻来提高峰值电流。但由于大电感量、小电阻发射线圈造成时间常数(L/R)增大，导致上升沿和下降沿过渡时间长，很难得到理想的快速关断的电流波形。为了获得较大的发射磁矩，国内外早期普遍采用半正弦波谐振发射技术来解决低阻、大电感发射线圈带来的上述问题。通过发射线圈(电感L、电阻RTX)串接电容(C)的方式，通过谐振原理可产生脉冲宽度为t＝π·√LC，峰值电流为IPeak＝4Udc/(π·RTX)，谐振电压为Upeak＝Ipeak·√(L/C)的半正弦波电流脉冲。但由于受到电路元器件耐压能力的限制，谐振电容不能过小，导致脉冲的下降沿时长，关断速度慢，不利于提高系统的浅层分辨能力。
技术实现思路
为了克服现有技术的问题，本专利技术提供一种航空瞬变电磁法多波脉冲发射电路，它在发射大幅值双极性半正弦波脉冲的基础上，还能产生一组小幅值的快速关断的梯形波。大幅值的半正弦脉冲使得激发源具有更高的能量，快速关断沿的小幅值梯形脉冲使得激发源又具有较宽的频带，从而使得该电路可以兼顾探测深度能力和浅地层分辨能力。本专利技术的技术方案是：提供一种航空瞬变电磁法多波脉冲发射电路，它是由隔离降压电源U2、滤波器、防反冲单向二极管D3组成，隔离降压电源U2、滤波器、防反冲单向二极管D3为激发梯形脉冲提供合适的电平和能量，滤波器包含电感L3、电容C5；隔离升压电源U1、滤波器、高压充电器为激发半正弦波脉冲提供合适的电平和能量，滤波器包含电感L1、电容C1，高压充电器包含电感L2、IGBT开关管G1、二极管D1、电容C2；波形辅助控制电路、H全桥逆变电路和发射线圈组成多波电磁脉冲主回路，波形辅助控制电路包含二极管D2、电容C3、IGBT开关管G2、电容C4，H全桥逆变电路包含IGBT开关管G3、IGBT开关管G4、IGBT开关管G5、IGBT开关管G6，发射线圈包含电感LTX、直流电阻RTX。优选的，电容C4并联在H全桥逆变电路上，和发射线圈构成谐振电路，用于控制梯形波电磁脉冲的关断沿，关断时长toff1≈π/2√(C4·LTX)，减小电容C4，可提高关断速度。优选的，电容C3通过IGBT开关管G2并联在H全桥逆变电路上，和发射线圈构成谐振电路，用于控制半正弦波电磁脉冲的关断沿，关断时长toff2≈π/2√((C4+C3)·LTX)，由于电容C4<<电容C3，关断时长主要由电容C3的大小决定。优选的，开关管G2由两只IGBT开关管反向串接组成，IGBT开关管G2关断后，将电容C3和电容C4隔离，使得梯形波脉冲的关断沿与电容C3无关。优选的，由电感L2、IGBT开关管G1、二极管D1和电容C2组成的高压充电器，用于给C3补充能量，以弥补全桥逆变器在能量转换过程中的损耗，以保持发射电流脉冲峰值稳定性，通过设置驱动信号S1的频率及脉宽，即通过频率调制或脉宽调制来控制C2的储能，进而控制半正弦波发射电流波形的大小。优选的，半正弦波电磁脉冲发射电路控制方法—通过设定IGBT开关管G2～G5的开关逻辑，来控制产生双极性的半正弦波脉冲，所述半正弦波脉冲由上升沿和下降沿组成；上升沿控制逻辑如下：在0时刻，IGBT开关管G2保持导通，将IGBT开关管G3和IGBT开关管G6导通，电容C2、电容C3和电容C4的储能向发射线圈的电感LTX转移，形成上升沿；下降沿的控制逻辑：在t<＝π/2√((C2+C3+C4)LTX)时刻，该时刻可调节，但要确保电容C2和电容C3保留一部分储能，防止高压充电器交流短路，IGBT开关管G3和IGBT开关管G6关断，电感LTX储能通过IGBT开关管内并联的续流二极管向电容C3和电容C4转移，形成下降沿；双极性脉冲控制逻辑：将IGBT开关管G3、IGBT开关管G6的控制信号用于控制G4和IGBT开关管G5，可形成正反两个极性的电流脉冲波形。优选的，梯形波电磁脉冲发射电路控制方法—通过设定IGBT开关管G2-G5的开关逻辑，来控制产生双极性的梯形波脉冲，梯形波脉冲由上升沿、顶沿和关断沿组成；上升沿控制逻辑：0时刻，IGBT开关管G2保持导通，IGBT开关管G3和IGBT开关管G6导通，电容C3和电容C4的储能向发射线圈的电感LTX转移，发射电流按半正弦波上升，达到某一设定大小后，关闭IGBT开关管G2，电容C4的储能单独向发射线圈供电，发射电流继续上升，当电容C4的端电压小于隔离降压电源U2的输出电压时，上升沿阶段结束；顶沿控制逻辑：IGBT开关管G3和IGBT开关管G6保持导通，IGBT开关管G2保持关断，电源U2向发射线圈持续供电，形成梯形脉冲的顶沿；关断沿控制逻辑：IGBT开关管G2保持关断，当梯形脉冲顶沿持续时间达到要求后，将IGBT开关管G3和IGBT开关管G6关断，发射线圈电感LTX的储能向电容C4转移，形成脉冲的下降沿；状态恢复逻辑：当发射线圈中的储能全部转移，电流为零后，IGBT开关管G2导通，回复到电路初始状态。本专利技术的有益效果是：电路与传统的半正弦波发射电路相比，其发射脉冲由两个1/4正弦波组成，上升沿和下降沿的时长和陡度可以独立调节，可以获得较窄的发射脉冲，在同等供电条件下，可以获得更大的峰值发射磁矩，以提高探测深度；电路与传统的单波形发射电路相比，在发射大幅值双极性半正弦波脉冲的基础上，还能产生一组小幅值的快速关断的梯形波。大幅值的半正弦脉冲使得激发源具有更高的能量，快速关断沿的小幅值梯形脉冲使得激发源又具有较宽的频带，从而使得该电路可以兼顾探测深度和浅地层分辨能力。附图说明下面根据图进一步对本专利技术加以说明：图1是本专利技术航空瞬变电磁法多波脉冲发射电路原理框图；图2是本专利技术航空瞬变电磁法多波脉冲发射电路原理图；图3是本专利技术多波脉冲发射电路中IGBT开关管的驱动信号时序图实例图；图4是本专利技术发射线圈的电流波形图；图5是本专利技术发射线圈的端电压波形图；图6是本专利技术电容C4的电流波形图；图7是本专利技术隔离降压电源U1的输出电流波形图；图8是本专利技术电容C3的端电压波形图；图9是本专利技术电容C4的端电压波形图；图10是本专利技术电容C2的端电压波形图；图11是本专利技术IGBT开关管G1的漏极电流波形图；图12是本专利技术电路工作阶段T1-T3说明图；图13是本专利技术电路工作阶段T3-T7说明图；具体实施方式下面结合图对本专利技术作进一步详细的说明，需要说明的是，图仅用于解释本专利技术，是对本专利技术实施例的示意性说明，而不能理解为对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种航空瞬变电磁法多波脉冲发射电路，它是由隔离降压电源U2、滤波器、防反冲单向二极管D3组成，其特征在于：隔离降压电源U2、滤波器、防反冲单向二极管D3为激发梯形脉冲提供合适的电平和能量，滤波器包含电感L3、电容C5；隔离升压电源U1、滤波器、高压充电器为激发半正弦波脉冲提供合适的电平和能量，滤波器包含电感L1、电容C1，高压充电器包含电感L2、IGBT开关管G1、二极管D1、电容C2；波形辅助控制电路、H全桥逆变电路和发射线圈组成多波电磁脉冲主回路，波形辅助控制电路包含二极管D2、电容C3、IGBT开关管G2、电容C4，H全桥逆变电路包含IGBT开关管G3、IGBT开关管G4、IGBT开关管G5、IGBT开关管G6，发射线圈包含电感LTX、直流电阻RTX。

【技术特征摘要】
1.一种航空瞬变电磁法多波脉冲发射电路，它是由隔离降压电源U2、滤波器、防反冲单向二极管D3组成，其特征在于：隔离降压电源U2、滤波器、防反冲单向二极管D3为激发梯形脉冲提供合适的电平和能量，滤波器包含电感L3、电容C5；隔离升压电源U1、滤波器、高压充电器为激发半正弦波脉冲提供合适的电平和能量，滤波器包含电感L1、电容C1，高压充电器包含电感L2、IGBT开关管G1、二极管D1、电容C2；波形辅助控制电路、H全桥逆变电路和发射线圈组成多波电磁脉冲主回路，波形辅助控制电路包含二极管D2、电容C3、IGBT开关管G2、电容C4，H全桥逆变电路包含IGBT开关管G3、IGBT开关管G4、IGBT开关管G5、IGBT开关管G6，发射线圈包含电感LTX、直流电阻RTX。2.根据权利要求1所述一种航空瞬变电磁法多波脉冲发射电路，其特征在于：电容C4并联在H全桥逆变电路上，和发射线圈构成谐振电路，用于控制梯形波电磁脉冲的关断沿，关断时长toff1≈π/2√(C4·LTX)，减小电容C4，可提高关断速度。3.根据权利要求1所述一种航空瞬变电磁法多波脉冲发射电路，其特征在于：电容C3通过IGBT开关管G2并联在H全桥逆变电路上，和发射线圈构成谐振电路，用于控制半正弦波电磁脉冲的关断沿，关断时长toff2≈π/2√((C4+C3)·LTX)，由于电容C4<<电容C3，关断时长主要由电容C3的大小决定。4.根据权利要求1所述一种航空瞬变电磁法多波脉冲发射电路，其特征在于：开关管G2由两只IGBT开关管反向串接组成，IGBT开关管G2关断后，将电容C3和电容C4隔离，使得梯形波脉冲的关断沿与电容C3无关。5.根据权利要求1所述一种航空瞬变电磁法多波脉冲发射电路，其特征在于：由电感L2、IGBT开关管G1、二极管D1和电容C2组成的高压充电器，用于给C3补充能量，以弥补全桥逆变器在能量转换过程中的损耗，以保持发射电流脉冲峰值稳定性，通过设置驱动信号S1的频率及脉宽，即通过频率调制或脉宽调制来控制C2的储能，进而控制半正弦波发射电流波形的大小。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军峰，刘磊，吴珊，刘俊杰，廖桂香，黄威，高卫东，
申请(专利权)人：中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，
类型：发明
国别省市：河北,13