一种针对极化效应的半正弦波电磁发射系统及方法技术方案

本发明专利技术属于一种针对极化效应的半正弦波电磁发射系统及方法，适用于电磁法地球物理勘探领域，尤其适用于对极化效应的激励及测量，该系统包括RLC串联谐振电路，以及供电电源，所述供电电源采用大容量有极性电容或逆变桥路输出的双极性电源，分别用于产生磁性源半正弦波和电性源半正弦波。通过输出半正弦波，延长发射电流关断时间，解决现有的延长能力不足，造成的瞬变电磁法对极化介质探测精度低的问题，提高测量极化效应的信噪比。提高测量极化效应的信噪比。提高测量极化效应的信噪比。

【技术实现步骤摘要】
一种针对极化效应的半正弦波电磁发射系统及方法


[0001]本专利技术属于一种针对极化效应的半正弦波电磁发射系统及方法，适用于电磁法地球物理勘探领域，尤其适用于对极化效应的激励及测量。

技术介绍

[0002]极化效应是一种重要的电化学效应，主要存在于金属矿和硫化矿等介质中，介质中的正负电荷在外加电磁场时会发生定向运动，撤除电磁场后正负电荷又反向运动并恢复到最初状态。与感应场相比，极化场对金属的敏感度更高，在一定范围内，极化体中电荷充放电时间越长，极化效应出现的时间越早，极化强度越大。
[0003]时间域电磁探测方法，有回线源发射及长导线源发射两种模式，即磁性源瞬变电磁法和电性源瞬变电磁法。发射机控制发射线圈输出双极性脉冲电流，电流波形有方波、三角波、梯形波和半正弦波等，在发射电流发射期间及完全关断后，通过接收线圈将电磁场转化为感应电动势并被接收机采集；也可通过超导量子干涉仪(SQUID,Superconducting Quantum Interference Device)直接获取磁场信息，经读出电路将磁场转化为电压并被接收机记录；对获取的数据进行处理并解释，即可获取地下介质的电阻率或极化率信息。时间域电磁法由于操作比较简单且成本较低，在矿产资源勘探、工程地质调查、城市地下空间探测等领域得到了广泛的应用。
[0004]时间域电磁法的发射电流在上升及关断过程中，会产生变化的电磁场，导致地下极化介质中的正负电荷发生定向运动，在此过程中在地面会接收到反向二次场，在衰减曲线中出现反号现象，即出现极化效应。极化效应的出现时间和强度与发射电流激励参数关系密切，基于Cole
‑
Cole模型的数值模拟结果表明，在一定范围内，关断时间越长，极化效应充放电时间越长，极化响应出现时间越早，极化强度越大。但是基于梯形波发射电流延长关断时间的能力有限，测量极化效应时信噪比较低，遇到弱极化介质时，甚至无法观测到极化效应。
[0005]基于RLC串联谐振技术能够产生正弦波，脉冲宽度与电感和电容有关，通过适当设置电感、电容、电阻及供电电压，即可产生电流幅值大、脉冲宽度大的半正弦波发射电流。
[0006]中国专利CN112698410B公开了电性源双相导电介质感应
‑
极化共生时域电磁探测方法，通过分析感应
‑
极化共生效应特征，构建双可控沿梯形波发射靶向激励关系，快关断用于测量感应场，慢关断用于测量极化场，证明了延长发射电流关断时间对极化效应观测的有效性。
[0007]中国专利CN108227011A公开了可控下降沿的双梯形波发射系统和控制方法，通过采用无源钳位电路，改变发射电流的关断时间，其中低压钳位电路在一定程度上延长了梯形波发射电流的关断时间，实现了梯形波慢关断；但是梯形波慢关断时关断时间小于1ms，对于提高极化效应信噪比的能力仍有限，无法对弱极化介质进行有效观测。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种针对极化效应的半正弦波发射系统及方法，通过输出半正弦波，延长发射电流关断时间，解决现有的延长能力不足，造成的瞬变电磁法对极化介质探测精度低的问题，提高测量极化效应的信噪比。
[0009]本专利技术是这样实现的，
[0010]一种针对极化效应的半正弦波电磁发射系统，该系统包括RLC串联谐振电路，以及供电电源，所述供电电源采用大容量有极性电容或逆变桥路输出的双极性电源，分别用于产生磁性源半正弦波和电性源半正弦波。
[0011]进一步地，所述供电电源采用大容量有极性电容供电的结构包括：
[0012]包括蓄电池、第一功率二极管、第二功率二极管、第一IGBT开关、第二IGBT开关、第三IGBT开关、第四IGBT开关、发射线圈、第一有极性电容、第二有极性电容、无极性谐振电容和谐振电感；蓄电池两极分别连接第一有极性电容和第二有极电容，第一有极性电容串联第一功率二极管和第一IGBT开关，并联在谐振电路两端，第一功率二极管和第一IGBT开关用于控制谐振正向导通；
[0013]第二有极性电容串联第二功率二极管和第二IGBT开关，并联在谐振电路两端；
[0014]谐振电路上串联有第三IGBT开关、谐振电容、谐振电感以及第四IGBT开关，谐振电容和谐振电感用于谐振充放电并控制脉宽；
[0015]第三IGBT开关和第四IGBT开关用于隔断谐振电路与开关切换电路，谐振电路通过发射线圈用于向地下发射电磁波，当第一IGBT开关、第三IGBT开关、第四IGBT开关的控制信号为高电平时，进行正向谐振，发射正向半正弦波电流；第二有极性电容为负向谐振电路供电，第二功率二极管和第四IGBT开关用于控制谐振负向导通，当第二IGBT开关、第三IGBT开关、第四IGBT开关的控制信号为高电平时，进行负向谐振，发射负向半正弦波电流。
[0016]进一步地，所述供电电源采用逆变桥路输出的双极性电源供电的结构为：
[0017]包括直流电源、第三功率二极管、第五IGBT开关、第六IGBT开关、第七IGBT开关、第八IGBT开关、第九IGBT开关、第十IGBT开关、第十一IGBT开关、假负载、发射线圈、无极性谐振电容和谐振电感；直流电源输出端串联第三功率二极管为谐振电路和假负载供电，第三功率二极管用于防止直流电源输出电流反向，第五IGBT开关与假负载串联后并联在直流电源和第三功率二极管上，用于控制在半正弦波停止发射时导通，第六IGBT开关、第七IGBT开关、第十IGBT开关和第十一IGBT开关组成桥路，桥路中间连接发射线圈，所述发射线圈串联第八IGBT开关和第九IGBT开关，第八IGBT开关和第九IGBT开关之间串联谐振电容和谐振电感，所述第六IGBT开关、第八IGBT开关、第九IGBT开关和第十一IGBT开关的控制信号为高电平时，进行正向谐振，发射正向半正弦波电流；正向发射完成后，第五IGBT开关的控制信号置为高电平，假负载与直流电源导通；第七IGBT开关和第十IGBT开关用于控制谐振电路负向导通，当第七IGBT开关、第八IGBT开关、第九IGBT开关和第十IGBT开关的控制信号为高电平时，进行负向谐振，发射负向半正弦波电流；负向发射完成后，第五IGBT开关的控制信号置为高电平，假负载与直流电源导通。
[0018]一种针对极化效应的半正弦波电磁发射方法，该方法基于RLC串联谐振电路输出固定脉宽的半正弦波发射电流，所述RLC串联谐振电路采用大容量有极性电容或逆变桥路输出的双极性电源供电分别用于产生磁性源半正弦波和电性源半正弦波。
[0019]进一步地，所述RLC串联谐振电路采用大容量有极性电容供电的结构包括：
[0020]包括蓄电池、第一功率二极管、第二功率二极管、第一IGBT开关、第二IGBT开关、第三IGBT开关、第四IGBT开关、发射线圈、第一有极性电容、第二有极性电容、无极性谐振电容和谐振电感；蓄电池两极分别连接第一有极性电容和第二有极电容，第一有极性电容串联第一功率二极管和第一IGBT开关，并联在谐振电路两端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对极化效应的半正弦波电磁发射系统，其特征在于，该系统包括RLC串联谐振电路，以及供电电源，所述供电电源采用大容量有极性电容或逆变桥路输出的双极性电源，分别用于产生磁性源半正弦波和电性源半正弦波。2.按照权利要求1所述的针对极化效应的半正弦波电磁发射系统，其特征在于，所述供电电源采用大容量有极性电容供电的结构包括：包括蓄电池、第一功率二极管、第二功率二极管、第一IGBT开关、第二IGBT开关、第三IGBT开关、第四IGBT开关、发射线圈、第一有极性电容、第二有极性电容、无极性谐振电容和谐振电感；蓄电池两极分别连接第一有极性电容和第二有极电容，第一有极性电容串联第一功率二极管和第一IGBT开关，并联在谐振电路两端，第一功率二极管和第一IGBT开关用于控制谐振正向导通；第二有极性电容串联第二功率二极管和第二IGBT开关，并联在谐振电路两端；谐振电路上串联有第三IGBT开关、谐振电容、谐振电感以及第四IGBT开关，谐振电容和谐振电感用于谐振充放电并控制脉宽；第三IGBT开关和第四IGBT开关用于隔断谐振电路与开关切换电路，谐振电路通过发射线圈用于向地下发射电磁波，当第一IGBT开关、第三IGBT开关、第四IGBT开关的控制信号为高电平时，进行正向谐振，发射正向半正弦波电流；第二有极性电容为负向谐振电路供电，第二功率二极管和第四IGBT开关用于控制谐振负向导通，当第二IGBT开关、第三IGBT开关、第四IGBT开关的控制信号为高电平时，进行负向谐振，发射负向半正弦波电流。3.按照权利要求1所述的针对极化效应的半正弦波电磁发射系统，其特征在于，所述供电电源采用逆变桥路输出的双极性电源供电的结构为：包括直流电源、第三功率二极管、第五IGBT开关、第六IGBT开关、第七IGBT开关、第八IGBT开关、第九IGBT开关、第十IGBT开关、第十一IGBT开关、假负载、发射线圈、无极性谐振电容和谐振电感；直流电源输出端串联第三功率二极管为谐振电路和假负载供电，第三功率二极管用于防止直流电源输出电流反向，第五IGBT开关与假负载串联后并联在直流电源和第三功率二极管上，用于控制在半正弦波停止发射时导通，第六IGBT开关、第七IGBT开关、第十IGBT开关和第十一IGBT开关组成桥路，桥路中间连接发射线圈，所述发射线圈串联第八IGBT开关和第九IGBT开关，第八IGBT开关和第九IGBT开关之间串联谐振电容和谐振电感，所述第六IGBT开关、第八IGBT开关、第九IGBT开关和第十一IGBT开关的控制信号为高电平时，进行正向谐振，发射正向半正弦波电流；正向发射完成后，第五IGBT开关的控制信号置为高电平，假负载与直流电源导通；第七IGBT开关和第十IGBT开关用于控制谐振电路负向导通，当第七IGBT开关、第八IGBT开关、第九IGBT开关和第十IGBT开关的控制信号为高电平时，进行负向谐振，发射负向半正弦波电流；负向发射完成后，第五IGBT开关的控制信号置为高电平，假负载与直流电源导通。4.一种针对极化效应的半正弦波电磁发射方法，其特征在于，该方法基于RLC串联谐振电路输出固定脉宽的半正弦波发射电流，所述RLC串联谐振电路采用大容量有极性电容或逆变桥路输出的双极性电源供电分别用于产生磁性源半正弦波和电性源半正弦波。5.按照权利要求4所述的针对极化效应的半正弦波电磁发射方法，其特征在于，所述RLC串联谐振电路采用大容量有极性电容供电的结构包括：包括蓄电池、第一功率二极管、第二功...

【专利技术属性】
技术研发人员：嵇艳鞠，王世鹏，邱仕林，王远，栾卉，黎东升，关珊珊，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：