具有自适应假负载的电性源发射机装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种具有自适应假负载的电性源发射机装置及控制方法，是由发电机或电池组与直流稳压电源连接，直流稳压电源经电流传感器分别于发射支路和自适应假负载支路连接；主控制器经恒流电源控制单元与直流恒流电源连接，经脉冲发生器控制单元与电流脉冲发生器连接，经稳流变换器控制单元与电流传感器和自适应稳流变换器连接构成。在假负载阻值不变的情况下保持发电机或电池组以恒定功率输出，操作简便，保证了脉冲电流幅值恒定，提高了发射电流脉冲波形的质量，缩小了系统的体积，减轻了仪器重量，增加了发射机工作的稳定性，延长了交流发电机或电池组以及直流稳压电源的使用寿命，使其能够在复杂野外环境下长期稳定可靠工作。

【技术实现步骤摘要】

:[0001 ] 本专利技术涉及一种地球物理勘探中的电法仪器，尤其是适用于发射功率在η X 10°kff到nX102kW之间，发射脉冲电流波形具有一定死区时间，负载阻抗为10?80Ω的电磁发射机。
技术介绍
:在地球物理勘探电法仪器中，发射机用于形成人工场源，向探测区域发射激励信号，接收机通过检测响应信号来获取地下信息。对于IP (Induced Polarization,激发极化法)、LOTEM (Long Offset Transient Electromagnetic,长偏移距瞬变电磁法)、SOTEM(Short-offset Transient Electromagnetic,短偏移距瞬变电磁法)和 GREATEM(GroundedElectrical Source Air-ground Transient Electromagnetic,接地电性源空地瞬变电磁法)电磁探测方法，要求发射机向大地负载提供具有一定死区时间的周期性脉冲电流来探测地下信息。脉冲电流为单极性脉冲电流或者双极性脉冲电流，其周期在nX 10、?HXlO1S之间。大地负载为大地上两个电极坑之间的阻抗，两个电极坑一般相距I?3km，阻抗值通常为10?80 Ω，因工作地区或接地条件的改变而不同。用于向大地负载发射激励信号的装置称为电性源发射机。在实际工作中，发射机通常采用电池组、发电机或者直流电源供电，发射功率一般在nX 10°kff?nX 102kff之间。对于上述电磁勘探方法,为了保证测量结果的准确性，要求脉冲电流幅值恒定，波形无畸变；为提高接收机采集到信号的信噪t匕，要求发射机向大地负载发射的电流幅值尽可能高，发射功率尽可能大。同时，为了便于在野外复杂环境下施工，在满足发射功率的条件下，要求发射机体积尽可能小，重量尽可能轻。另外，仪器的稳定性作为发射机最根本的性能，对保证野外正常工作具有重要意义。发射机装置向大地负载发射的脉冲电流波形包括正向高电平或者反向高电平阶段和零电平阶段。在大地负载上脉冲电流波形为正向高电平或者反向高电平阶段，电池、发电机或者直流电源以高功率值输出；在大地负载上脉冲电流波形为零电平阶段，电池、发电机或者直流电源以低功率值或者无功率输出。这种加载于大地负载的具有一定死区时间的周期性脉冲电流形成冲击性负荷，使电池组、发电机或者直流电源频繁地在轻载和重载工作状态之间切换，对电池组、发电机或者直流电源具有较大的电应力冲击，甚至引起发电机震动，最终导致这些供能装置的机械损伤或者电气性能下降，严重降低了发射机的稳定性和使用寿命。同时，这种加载于大地负载的周期性脉冲电流还会引起大地负载物理特性的变化，使其在一个脉冲周期内的阻抗值发生改变。这种变化容易造成脉冲电流产生畸变，进而影响测量结果的准确性。CN102053278A、CN102183792A和CN102510233A对电法勘探仪器中的发射机装置做了详细的阐述，采用上述发射机装置可以向大地负载发射脉冲电流，但是无法避免脉冲电流对电池组、发电机或者直流电源造成的冲击性损伤，稳定性较低，不适合在发射功率较大的条件下工作。为了避免这种冲击性损伤，常规仪器中采用在大地负载两端并联电阻的方法来稳定发电机或电池组的输出功率。由于工作地区不同或者接地条件不同，大地负载的阻抗值也不同，需要对多组电阻进行切换来匹配不同的输出功率。这种方法操作过程复杂，仪器装置体积较大，重量较沉，不适合在野外复杂环境中工作。从控制方法上讲，常规发射机通常采用单一稳压或者稳流的方式对流过大地负载的电流幅值进行控制。稳压方式通过保持直流电源输出电压恒定的方式来控制流过大地负载的电流幅值恒定，这种方式无法适应测量过程中大地负载阻抗值的改变，将会引起脉冲电流波形产生畸变，影响测量效果，并且也无法避免脉冲电流对设备造成的冲击性损伤。稳流方式通过保持直流电源输出电流恒定的方式来使大地负载上的电流幅值保持恒定，这种方式用于产生带死区的脉冲电流波形时，对于抑制由于输出功率突变给电池组、发电机或者直流电源所带来的冲击有一定效果。但是，这种方式有两方面的不足，一是为了使大地负载两端电压波动不是很大，需要在发射机中添加足够大的电容来存储死区时间内直流电源输出的能量，因直流电源输出能量较大，电压值较高，所以要求电容容量较大，耐压值较高，造成装置比较笨重；二是增加储能电容虽然减小了电压波动的幅度，但是无法保证电容两端电压固定不变，直流稳压电源在大地负载不消耗功率时给储能电容充电，引起电容两端母线的波动，从而使大地负载上的电流脉冲产生畸变，影响测量的准确性。
技术实现思路
:本专利技术的目的就是针对上述技术的不足，提供一种具有自适应假负载的电性源发射机装置；本专利技术的另一目的是提供一种具有自适应假负载的电性源发射机控制方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的:具有自适应假负载的电性源发射机装置，是由发电机或电池组I与直流稳压电源2连接，直流稳压电源2的正极经电流传感器12、直流恒流电源3和电流脉冲发生器4与大地负载5连接，直流稳压电源2的负极经直流恒流电源3和电流脉冲发生器4与大地负载5连接，直流稳压电源2的正极经电流传感器12和稳流变换器6与假负载7连接，直流稳压电源2的负极经稳流变换器6与假负载7连接，主控制器8经恒流电源控制单元9与直流恒流电源3连接，主控制器8经脉冲发生器控制单元10与电流脉冲发生器4连接，主控制器8经稳流变换器控制单元11与自适应稳流变换器6连接，电流传感器12与稳流变换器控制单元11连接构成。2、按照权利要求1所述的具有自适应假负载的电性源发射机装置，其特征在于，所述的稳流变换器控制单元11是由采样电流信号调理电路经Α/D信号转换电路、D/Α信号转换存储电路、模拟信号调理补偿电路和PWM控制电路与输出信号驱动及保护电路连接，采样电流信号调理电路与PWM控制电路连接构成。3、按照权利要求1所述的具有自适应假负载的电性源发射机装置，其特征在于，所述的假负载7由电阻构成，匹配功率为nX 10°kW?nX 102kW，阻值R由最大匹配功率Pmax和直流稳压电源2最大输出电压U—确定，R=UmaxVPmaxο4、按照权利要求1所述的具有自适应假负载的电性源发射机装置，其特征在于，直流稳压电源2输出接发射支路与自适应假负载支路，发射支路与自适应假负载支路并联连接，发射支路包括直流恒流电源3、电流脉冲发生器4和大地负载5，自适应假负载支路包括自适应稳流变换器6和假负载7。具有自适应假负载的电性源发射机控制方法，包括以下步骤:A、主控制器8产生使能信号ENB1、ENB2、ENB3和脉冲驱动信号G1、G2，并产生给定电流信号Ig，ENBl、ENB2、ENB3、Gl和G2均为高电平有效，ENB2=(G1+G2).ENBI, ENB3= Gl+ G2.ENBI ；其中“ +.”和“―”表示数字逻辑中的“或”、“与” “非”运算；B、当ENB2为高电平时，恒流电源控制单元9控制直流恒流电源3工作，脉冲发生器控制单元10控制电流脉冲发生器4向大地负载5发射脉冲电流，稳流变换器控制单元11中Α/D信号转换电路通过电流传感器12实时采集直流稳压电源2的输出电流，D/Α信号转换存储电路对Α/D信号转换电路的输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有自适应假负载的电性源发射机装置，其特征在于，是由发电机或电池组(1)与直流稳压电源(2)连接，直流稳压电源(2)的正极经电流传感器(12)、直流恒流电源(3)和电流脉冲发生器(4)与大地负载(5)连接，直流稳压电源(2)的负极经直流恒流电源(3)和电流脉冲发生器(4)与大地负载(5)连接，直流稳压电源(2)的正极经电流传感器(12)和稳流变换器(6)与假负载(7)连接，直流稳压电源(2)的负极经稳流变换器(6)与假负载(7)连接，主控制器(8)经恒流电源控制单元(9)与直流恒流电源(3)连接，主控制器(8)经脉冲发生器控制单元(10)与电流脉冲发生器(4)连接，主控制器(8)经稳流变换器控制单元(11)与自适应稳流变换器(6)连接，电流传感器(12)与稳流变换器控制单元(11)连接构成。

【技术特征摘要】
1.一种具有自适应假负载的电性源发射机装置，其特征在于，是由发电机或电池组(1)与直流稳压电源(2)连接，直流稳压电源(2)的正极经电流传感器(12)、直流恒流电源(3)和电流脉冲发生器(4)与大地负载(5)连接，直流稳压电源(2)的负极经直流恒流电源(3)和电流脉冲发生器(4)与大地负载(5)连接，直流稳压电源(2)的正极经电流传感器(12)和稳流变换器(6)与假负载(7)连接，直流稳压电源(2)的负极经稳流变换器(6)与假负载(7)连接，主控制器(8)经恒流电源控制单元(9)与直流恒流电源(3)连接，主控制器⑶经脉冲发生器控制单元(10)与电流脉冲发生器⑷连接，主控制器⑶经稳流变换器控制单元(11)与自适应稳流变换器(6)连接，电流传感器(12)与稳流变换器控制单元(11)连接构成。2.按照权利要求1所述的具有自适应假负载的电性源发射机装置，其特征在于，所述的稳流变换器控制单元(11)是由采样电流信号调理电路经Α/D信号转换电路、D/Α信号转换存储电路、模拟信号调理补偿电路和PWM控制电路与输出信号驱动及保护电路连接，采样电流信号调理电路与PWM控制电路连接构成。3.按照权利要求1所述的具有自适应假负载的电性源发射机装置，其特征在于，所述的假负载7由电阻构成，匹配功率为nX 10°kW~nX 102kW，阻值R由最大匹配功率Pmax和直流稳压电源2最大输出电压U—确定，R=UmaxVPmaxο4.按照权利要求1所述的具有自适应假负载的电性源发射机装置，其特征在于，直流稳压电源2输出接发射支路与自适应假负载支路，发射支路与自适应假负载支路并联连接，发射支路包括直流恒流电源(3)电流脉冲发生器(4)和大地负载(5)，自适应假负载支路包括自适应稳流变换器(6)和假负载(7)。5.一种具有自适应假负载的电性源发射机控制方法，其特征在于，包括以下步骤: A、主控制器8产生使能信号ENB1、ENB2、ENB3和脉冲驱动信号Gl、G2， 并产生给定电流信号Ig，ENBU ENB2、ENB3、Gl和G2均为高电平有效，ENB2=(G1+G2).ENBl，ENB3=G1 + G2-ENBl； 其中“ +.”和“―”表示数字逻辑中的“或”、“与” “非”运算； B、当ENB2为高电平时，恒流电源控制单元9控制直流恒流电源(3)工作，脉冲发生器控制单元(10)控制电流脉冲发生器⑷向大地负载(5)发射脉冲电流，稳流变换器控制单元(11)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：林君，周海根，薛开昶，周逢道，刘长胜，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22