【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地球物理勘探电磁法探测领域，特别是一种瞬变电磁四阵元高精度同步发射装置及设计方法。
技术介绍
1、随着城镇化发展，发展城市地下空间成为了一种趋势。在采用瞬变电磁方法进行地下地质结构探测时，针对浅层目标体通常采用多匝小回路作为发射回路。方波脉冲信号作为最主要的发射信号，其发射电流的关断特性是影响瞬态电磁响应和数据解释的最重要因素之一。通常，为了缩短浅层探测盲区，测量感应场时电流关断后应尽可能快的线性衰减，增大二次磁场的强度。然而，由于多匝线圈寄生参数的影响，寄生参数包括等效电感、分布电容、电阻，导致关断时间较长且存在早期震荡，严重影响探测数据的质量。
2、目前，改善tem发射机关断特性的常规方法是大多数是基于恒压钳位技术，该技术在电流脉冲的下降沿起作用，采用有源钳位或无源钳位方法在电流关断后给发射线圈提供一个钳位电压，影响发射电流的关断时间。中国专利cn201811516726.5提出了一种阵列式瞬变电磁探测系统和探测方法，解决了激发深度和线圈直径的矛盾，利用多个小型线圈的叠加，提供了强度更大，更均匀的激发一次场，有利于提升探测信号的质量。然而，阵列系统的四个线圈之间存在信号不同步，一致性较差的问题，需要一种方法进一步提高发射电流质量，在实现快速关断的同时保证高精度同步发射性能，增加发射磁场中高频成分，减小浅层探测盲区。
技术实现思路
1、针对现有的技术中无法实现对寄生参数影响的有效消除和阵列发射同步精度较差的问题，本专利技术提供一种瞬变电磁四阵元高精度同步
2、本专利技术还提供一种瞬变电磁四阵元高精度同步发射装置的设计方法。
3、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
4、一种瞬变电磁四阵元高精度同步发射装置，包括发射主机、阵列式发射线圈和一致性匹配单元；其中，
5、所述发射主机包括4套发射单元；
6、所述阵列式发射线圈，包括四个规格一致的发射线圈，分别连接一套发射单元，按2×2的田字形方式摆放，并从四个发射线圈中选用电阻值和电感值小的发射线圈作为基准线圈，按照基准线圈的参数对其他三个发射线圈进行调节；
7、所述一致性匹配装置，包括电阻匹配单元、电感匹配单元及电容匹配单元，所述电阻匹配单元为串联在每个发射线圈上的可调电阻，调节范围为0-5ω，用于阵列式发射线圈的电阻进行匹配，控制四个发射线圈的电阻值相同；电感匹配单元为串联在每个发射线圈上的可调节电感，包括一个环形磁芯，连接在发射线圈回路里的绕组作为工作绕组，而另一侧的绕组作为控制绕组，通过改变控制绕组的输入电流，改变磁芯的磁导率，进而改变工作绕组的电感值；电容匹配单元为并联在每个发射线圈两端的多组电容，通过控制接入的电容的个数调节发射线圈的电容值。
8、进一步地，每套发射单元均包括逻辑控制电路、隔离驱动电路、h桥逆变电路和恒压钳位电路，所述逻辑控制电路根据指令产生固定频率和占空比的脉宽调制信号至隔离驱动电路，隔离驱动电路输出脉宽调制信号至h桥逆变电路，h桥逆变电路集成四个igbt桥臂，在一组互补的脉宽调制信号控制下交替导通，在发射线圈上产生双极性方波电流，恒压钳位电路为连接在h桥逆变电路一侧的多组串联的tvs二极管。
9、一种瞬变电磁四阵元高精度同步发射装置的设计方法，所述设计方法包括：
10、s1. 基于毕奥-萨伐尔定律对m×m式阵列式发射线圈的一次发射磁场和二次发射感应磁场进行仿真，分别对单发射线圈和面积与单发射线圈相同的阵列式发射线圈的一次发射磁场和增设异常体后的二次感应磁场进行数值模拟，并对比成像结果，确定阵列式发射线圈的m值；
11、s2. 结合实际功率和磁矩需求确定阵列式发射线圈的尺寸匝数，按照完全相同的工艺绕制阵列式发射线圈中的每个发射线圈；
12、s3. 采用rlc测量仪和谐振计算方法对每个发射线圈的电阻值、电感值以及电容值进行标定，并选用电阻值和电感值小的发射线圈作为基准线圈；
13、s4.每个发射线圈上均设置一套一致性匹配装置，按照基准线圈的电容值、电阻值和电感值对其他发射线圈调整至与基准线圈一致，所述一致指的是电感值相差小于5%，电容值相差小于5%以及电阻值相差小于1%；
14、s5.每个发射线圈连接一套结构相同的发射单元。
15、进一步地，所述一致性匹配装置包括电阻匹配单元、电感匹配单元及电容匹配单元，电阻匹配单元为串联在每个发射线圈上的可调电阻，调节范围为0-5ω，用于阵列式发射线圈的电阻进行匹配，控制四个发射线圈的电阻值相同；电感匹配单元为串联在每个发射线圈上的可调节电感，包括一个环形磁芯，连接在发射线圈回路里的绕组作为工作绕组，而另一侧绕制的绕组作为控制绕组，通过改变控制绕组的输入电流，改变磁芯的磁导率，进而改变工作绕组的电感值；电容匹配单元为并联在每个发射线圈两端的多组电容，通过控制接入的电容的个数调节发射线圈的电容值。
16、进一步地，
17、采用rlc测量仪和谐振计算方法对每个发射线圈的电阻值、电感值以及电容值进行标定的过程包括：使用lcr测量仪测量发射线圈的电阻 r以及电感 l，使用谐振法测出发射线圈的谐振频率 f 0，通过公式计算得到电容 c：
18、。
19、进一步地，所述设计方法还包括：
20、采用发射主机同步发射电流，并采集四个发射线圈中的发射电流，记录发射波形，调节每个发射主机的钳位电路，对发射波形的下降沿进行优化，并调节一致性匹配装置，使四个发射线圈的发射电流大小和关断时间完全相同。
21、有益效果：本专利技术通过使用阵列式发射线圈来等效同等尺寸的单发射线圈的方式，将单个多匝线圈的电感分布到多个小线圈上，从而减小线圈寄生参数带来的影响。通过阵列的方式在保证整体发射磁矩不变的情况下，有效减小了发射电流关断时间、降低了早期震荡程度。
22、针对四个发射线圈寄生参数差异导致发射电流波形一致性差的问题，采用一致性匹配装置，实现每个发射线圈的匹配电阻值、电感值、以及电容值可调，确保各发射线圈中的电流大小和关断时间一致，最终达到使发射电流稳定且快速关断的目的，保证了四个发射线圈之间的一致性，实现了高精度同步发射，有利于提高瞬变电磁数据的解释质量，减小浅层探测盲区，实现深浅兼顾，满足城市地下空间的探测要求。
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1.一种瞬变电磁四阵元高精度同步发射装置，其特征在于，包括发射主机、阵列式发射线圈和一致性匹配单元；其中，
2.根据权利要求1所述的瞬变电磁四阵元高精度同步发射装置，其特征在于，每套发射单元均包括逻辑控制电路、隔离驱动电路、H桥逆变电路和恒压钳位电路，所述逻辑控制电路根据指令产生固定频率和占空比的脉宽调制信号至隔离驱动电路，隔离驱动电路输出脉宽调制信号至H桥逆变电路，H桥逆变电路集成四个IGBT桥臂，在一组互补的脉宽调制信号控制下交替导通，在发射线圈上产生双极性方波电流，恒压钳位电路为连接在H桥逆变电路一侧的多组串联的TVS二极管。
3.一种瞬变电磁四阵元高精度同步发射装置的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：
4.根据权利要求3所述的瞬变电磁四阵元高精度同步发射装置的设计方法，所述一致性匹配装置包括电阻匹配单元、电感匹配单元及电容匹配单元，电阻匹配单元为串联在每个发射线圈上的可调电阻，调节范围为0-5Ω，用于阵列式发射线圈的电阻进行匹配，控制四个发射线圈的电阻值相同；电感匹配单元为串联在每个发射线圈上的可调节电感，包括一个环形磁芯，连接在
5.根据权利要求3所述的瞬变电磁四阵元高精度同步发射装置的设计方法，其特征在于，
6.根据权利要求4所述的瞬变电磁四阵元高精度同步发射装置的设计方法，其特征在于，所述设计方法还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种瞬变电磁四阵元高精度同步发射装置，其特征在于，包括发射主机、阵列式发射线圈和一致性匹配单元；其中，
2.根据权利要求1所述的瞬变电磁四阵元高精度同步发射装置，其特征在于，每套发射单元均包括逻辑控制电路、隔离驱动电路、h桥逆变电路和恒压钳位电路，所述逻辑控制电路根据指令产生固定频率和占空比的脉宽调制信号至隔离驱动电路，隔离驱动电路输出脉宽调制信号至h桥逆变电路，h桥逆变电路集成四个igbt桥臂，在一组互补的脉宽调制信号控制下交替导通，在发射线圈上产生双极性方波电流，恒压钳位电路为连接在h桥逆变电路一侧的多组串联的tvs二极管。
3.一种瞬变电磁四阵元高精度同步发射装置的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：
4.根据权利要求3所述的瞬变电磁四阵元高精度同步发射装置的...
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