直接供電的大功率直流激電測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種直接供電的大功率直流激電測量系統(tǒng)，它包括供電電源、發(fā)射機和與發(fā)射機相配合的接收機，供電電源與發(fā)射機的電源端相連，供電電源為基于電池的高壓大功率電源，發(fā)射機為間歇發(fā)射式發(fā)射機。供電電源由多個可自動切除故障單元的電池模塊串聯(lián)而成，出現(xiàn)故障的單元會被自動切除出串聯(lián)序列。供電電源包括一個直流高壓供電電路，直流高壓供電電路包括低壓電池和隔離DC-DC升壓模塊，低壓電池通過隔離DC-DC升壓模塊與發(fā)射機的電源端相連。發(fā)射機上設置有具有負載切換功能的受控電子開關K。本發(fā)明供電電流大，發(fā)射機發(fā)射功率高，測量效果好。供電容錯性好、可靠性高。供電效率高，節(jié)約能源，搬運方便，無需燃燒油料、運行成本低且綠色環(huán)保。
【專利說明】直接供電的大功率直流激電測量系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及大功率激電勘探領域，特別是涉及一種直接供電的大功率直流激電測量系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著國際、國內市場對有色金屬需求的不斷增長，新的一輪礦業(yè)開發(fā)正在蓬勃興起，然而我國地理條件較好地區(qū)的地表出露礦已基本找完，目前的找礦對象主要為隱伏和深埋藏礦，這就給地質勘探增加了難度，對地球物理勘探提出了新的要求。隨著科技的進步，地球物理勘探儀器也在不斷更新，新型的、大功率的、性能穩(wěn)定的物探儀器在不斷涌現(xiàn)。
[0003]電法勘探(簡稱電法)是以地殼中多種巖、礦石電學性質之差異為基礎，觀測與研究天然電磁場、人工電磁場的空間和時間的分配規(guī)律，以達到地質勘探目的的方法。目前利用的巖石和礦石的電學性質或物理參數(shù)主要有四種:電阻率(P )、磁導率(μ )、極化率(H)、以及介電常數(shù)(ε )。電法勘探的優(yōu)點有:可利用的物性參數(shù)多，場源、裝置形式多，觀測內容或測量要素多，應用范圍廣等。
[0004]傳導類電法中的電阻率法和激發(fā)極化法是目前應用較廣泛的勘探方法。電阻率法是指通過觀測和研究由地質目標與圍巖電阻率之差異引起的人工傳導電流場異常(或視電阻率異常)，以此勘探地質目標或找礦的方法。激發(fā)極化法是以不同巖、礦石間電化學性質之差異為物質基礎，通過觀測和研究供入地下人工電流引起激發(fā)極化電流場的異常(或視電阻率異常)，以探測地下地質情況的一種電法。激發(fā)極化法適用于尋找金屬、非金屬礦產、天然能源以及區(qū)分含水層和確定不同地層的含水性等方面。激發(fā)極化法按照供電電流性質的不同可以分為兩種:直流(時間域)激電法和交流(頻率域)激電法。直流激電法儀器包括供電部分(發(fā)射機)和接收部分(接收機)兩部分。供電部分用于提供具有一定循環(huán)周期的雙向脈沖電流，接收部分用于測量一次場電壓、極化率等。
[0005]傳統(tǒng)大功率激電設備供電電源結構如圖1所示，①發(fā)電機輸出220V交流電。②整流源:220V交流電源經過變壓器和整流器產生不同檔位的直流高壓輸出供給發(fā)射機；注意:發(fā)電機的標稱功率為純電阻負載時的輸出功率，而整流源為變壓器升壓，應視為電感負載，故發(fā)電機帶其工作時，其有效功率減半。例如:要使發(fā)射機輸出5KW功率，所選擇的發(fā)電機的標稱功率必須> IOKW才能使發(fā)射機的輸出功率與發(fā)電機的輸出功率相匹配。③平衡負載:由于大功率發(fā)送機的高壓整流電源是靠發(fā)電機發(fā)出的220V交流電源經過變壓、整流提供，高壓直流電源經過橋路以占空比為1:1的方波信號對大地供電，在停止供電的時間內，發(fā)電機處于空載狀態(tài)，易產生飛車，對發(fā)電機不利。所以在停止供電時間內，發(fā)電機對假負載供電，維持發(fā)電機平衡。一般在操作時先將平衡負載選擇為最大，測得接地電阻后，根據(jù)接地電阻大小調節(jié)平衡負載電阻值，越接近越好。
[0006]傳統(tǒng)的大功率激電設備存在著以下的問題:
1、電源重量大:
由于變壓器采用的是工頻變壓器和平衡負載等設備，整個電源系統(tǒng)重量很大。以下是目前經常使用的5kw和IOkw發(fā)射機電源系統(tǒng)的重量和性能參數(shù):
輸出電壓:50V、100V、200V、300V、400V、500V、1000V ；
輸出波形方波占空比1:1;
時間:1?60秒任選；
最大供電電流:5/10A;
最大輸出功率:5/10KW;
發(fā)射機重量:12kg ；
體積:476X309X247mm3 ；
整流電源重量:5kW—72kg ； IOkff—90kgο
[0007]所匹配發(fā)電機、整流源為變壓器升壓，應視為電感負載，故發(fā)電機帶其工作時，其有效功率減半，因此5kw系統(tǒng)需要配IOkw發(fā)電機，IOkw的系統(tǒng)需要配置20kw發(fā)電機，按照目前常規(guī)的技術，IOkw發(fā)電機的重量在200kg左右，20kw的發(fā)電機重量一般在400kg左右；平衡負載重量:5kw—50kg、10kw—100kg?？梢钥闯?kw供電系統(tǒng)的總重量為72加50加200，為322公斤；10kw供電系統(tǒng)的總重量為90加100加400，為590公斤。
[0008]2、效率低下，能耗高:
傳統(tǒng)的發(fā)射機在發(fā)射時屬于連續(xù)工作，以5A發(fā)射電流、1000V發(fā)射電壓計算，系統(tǒng)始終在消耗5000W的發(fā)射功率，不是釋放在大地上，就是釋放在平衡負載上，系統(tǒng)始終需要輸出5000W的直流功率，只要發(fā)射機工作，發(fā)電機就不能停。以一天工作8小時計算，系統(tǒng)需要輸出40kwh的直流電能，一般一天需要消耗數(shù)十升的燃料。
[0009]3、電源質量較差:
由于不可能保證平衡負載阻抗和對地電阻完全一樣，以及整流電源濾波等問題的存在，輸入的電源電壓還是有一定波動，發(fā)射機得到的電源不純凈，對檢測會造成一定不利的影響。

【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種供電穩(wěn)定且電源質量高的直接供電的大功率直流激電測量系統(tǒng)，采用模塊式組合電池電源，可拆分搬運，運輸、使用方便；采用可控的間歇式發(fā)射方式，只在接收機準備接收信號時才控制開啟發(fā)射機將大功率電脈沖導入大地，有效節(jié)約電能。
[0011]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的:直接供電的大功率直流激電測量系統(tǒng)，它包括供電電源、發(fā)射機和與發(fā)射機相配合的接收機，供電電源與發(fā)射機的電源端相連，所述的供電電源為基于電池的高壓大功率電源，發(fā)射機為間歇發(fā)射式發(fā)射機。
[0012]所述的供電電源由多個可自動切除故障單元的電池模塊串聯(lián)而成，出現(xiàn)故障的單元會被自動切除出串聯(lián)序列。
[0013]所述的供電電源包括一個直流高壓供電電路，直流高壓供電電路包括低壓電池和隔離DC-DC升壓模塊，低壓電池通過隔離DC-DC升壓模塊與發(fā)射機的電源端相連。
[0014]所述的供電電源包括至少兩個相互并聯(lián)的直流高壓供電電路，每個直流高壓供電電路分別包括低壓電池和隔離DC-DC升壓模塊，低壓電池通過隔離DC-DC升壓模塊與發(fā)射機的電源端連接。[0015]所述的發(fā)射機根據(jù)發(fā)射機內預設的間歇發(fā)射程序實現(xiàn)間歇發(fā)射。
[0016]所述的接收機上設置有間歇發(fā)射請求發(fā)送模塊，發(fā)射機上設置有能夠接收該請求并控制發(fā)射機實現(xiàn)間歇發(fā)射的間歇發(fā)射控制模塊，接收機與發(fā)射機之間通過無線通信方式連接。
[0017]在傳統(tǒng)不具備間斷發(fā)射功能的發(fā)射機上，設置有具有負載切換功能的受控電子開關K，受控電子開關K可以是機械式的，也是可以是igbt電子開關等電力電子器件。
[0018]所述的受控電子開關K的不動端與發(fā)射機的第一輸出端連接，受控電子開關K的一個動端通過固定電阻R與發(fā)射機的第二輸出端連接，受控電子開關K的另一個動端通過電極A和電極B與發(fā)射機的第二輸出端連接，受控電子開關K的控制信號輸入端與發(fā)射節(jié)能控制器連接，發(fā)射節(jié)能控制器與接收機的控制信號輸出端連接。
[0019]所述的受控電子開關K的一端與發(fā)射機的第一輸出端連接，受控電子開關K的另一端通過電極A和電極B與發(fā)射機的第二輸出端連接,發(fā)射機的第一輸出端與第二輸出端之間并聯(lián)有固定電阻R，受控電子開關K的控制信號輸入端與發(fā)射節(jié)能控制器連接，發(fā)射節(jié)能控制器與接收機的控制信號輸出端連接。
[0020]現(xiàn)代的發(fā)射機一般都具備輸出開路保護功能，發(fā)射的時候如果檢測不到輸出電流，發(fā)射機將進入開路保護，不再輸出電流。也就是說如果傳統(tǒng)的發(fā)射機要實現(xiàn)此功能，可以通過加裝一個受控電子開關K來實現(xiàn)，受控電子開關K裝在發(fā)射機的后端，兩端接有一個固定阻值的電阻R。當需要節(jié)能輸出的時候，發(fā)射機發(fā)射的電流不會直接進入大地，而是通過發(fā)射機流過電阻R，此時發(fā)射機不會認為是開路，不會進入開路保護狀態(tài)。在需要發(fā)射大功率的時候，通過預先設定好的程序或者靠遠處接收機的無線信號打開受控電子開關K，將大功率脈沖直流電導入地下。
[0021]發(fā)射節(jié)能控制器可以在接收機的控制下實現(xiàn)對受控電子開關K的控制。當然，發(fā)射節(jié)能控制器也可以脫離接收機的控制，根據(jù)其內置的控制程序實現(xiàn)按時間間歇發(fā)射。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:
1、測量效果好:導入地下的電流越大測量效果越好，由于傳統(tǒng)發(fā)電機功率有限，尤其是在一些高山環(huán)境為了節(jié)約能源，無法將發(fā)射電流開到很大，或者是高原環(huán)境，發(fā)電機由于缺氧輸出功率下降，均影響了輸出功率。
[0023]本發(fā)明采用電池式電源，由于電池內阻低，尤其是采用高壓電池直接輸出，可以達到很大的放電電流，比如10安培或者更大的電流；且不受海拔高度的影響，而且在輸出如此大電流的情況下，電池組的電壓降可以保持在很小的范圍內。由于發(fā)射功率成倍增加，接收機就可以接收到更強的信號，提高了檢測的深度，在接收機分辨率相同的情況下，由于加大了發(fā)射的功率，數(shù)據(jù)質量大幅提高。
[0024]2、節(jié)約能源:傳統(tǒng)的發(fā)射機在發(fā)射時屬于連續(xù)工作，以5A發(fā)射電流、1000V發(fā)射電壓計算，系統(tǒng)始終在消耗5000W的發(fā)射功率，不是釋放在大地上，就是釋放在平衡負載上，系統(tǒng)始終需要輸出5000W的直流功率，只要發(fā)射機工作，發(fā)電機就不能停。以一天工作8小時計算，系統(tǒng)需要輸出40kwh的直流電能，一般一天需要消耗數(shù)十升的燃料。
[0025]本發(fā)明采用電池為能源的智能發(fā)射機，采用間歇工作方式，不工作時電池系統(tǒng)電流為0，功率也為O。在接收機或者編程發(fā)射的時候，間歇發(fā)射。以目前一天100組數(shù)據(jù)采集計算，每次發(fā)射16秒，100次發(fā)射，累積發(fā)射時間1600秒，在10A、1000V的發(fā)射功率下，耗能小于5kwh，效率明顯提高，供電效率更好。
[0026]3、搬運方便:無需布線，電池供電系統(tǒng)做成模塊化結構，每個組件不超過5kg，便于搬運。而傳統(tǒng)的發(fā)電機、整流器、平衡負載均很難做成便于搬運的模塊，組件都在50kg以上，在野外搬運的成本很高，難度很大。尤其是西部高山高原地區(qū)、大部分偏遠地區(qū)，如果需要做大功率激電物探，依靠傳統(tǒng)的搬運方式幾乎是不可能實現(xiàn)的，幾乎都不可能將電源搬運到檢測地點，而是盡可能將電源搬運到距離發(fā)射機近的地方，再通過布線連接到發(fā)電機。布線不但浪費人工，且費用高。而且有較高的線路阻抗，發(fā)射功率受限。用電池就完全沒有這個問題。
[0027]4、運行成本低，無需燃燒油料。
[0028]5、可靠性高、容錯性好:傳統(tǒng)的電源系統(tǒng)發(fā)電機、整流器、平衡負載中任何一個設備如果損壞，整個電源系統(tǒng)都將無法正常使用。而電池為能源的電源是由很多結構完全相同的電池模組組成的，單個模塊失效并不會影響整個系統(tǒng)的工作。物探工作環(huán)境往往地處偏遠，如果設備損壞，幾乎不可能在野外獲得配件。電池方案容錯性能出色，部分模塊失效并不影響使用，可以先將物探工程干完以后再進行修理或者更換，更具有競爭優(yōu)勢。
[0029]6、綠色環(huán)保:電池工作的時候無噪音、無廢氣，屬于綠色施工。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為現(xiàn)有技術中大功率激電設備供電電源結構示意圖；
圖2為本發(fā)明結構示意圖；
圖3為采用多個可自動切除故障單元的電池模塊串聯(lián)而成的供電電源結構示意框圖； 圖4為采用多個低壓電池加隔離DC-DC升壓模塊并聯(lián)輸出的供電電源結構示意框圖； 圖5為基于受控電子開關K的間歇式發(fā)射機第一種實施方案結構示意圖；
圖6為基于受控電子開關K的間歇式發(fā)射機第二種實施方案結構示意圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖進一步詳細描述本發(fā)明的技術方案，但本發(fā)明的保護范圍不局限于以下所述。
[0032]如圖2所示，直接供電的大功率直流激電測量系統(tǒng)，它包括供電電源、發(fā)射機和與發(fā)射機相配合的接收機，供電電源與發(fā)射機的電源端相連，所述的供電電源為基于電池的高壓大功率電源，發(fā)射機為間歇發(fā)射式發(fā)射機。
[0033]如圖3所示，供電電源可由多個可自動切除故障單元的電池模塊串聯(lián)而成，出現(xiàn)故障的單元會被自動切除出串聯(lián)序列。每個電池單元兩端通過光電隔離器連接有電池單元檢測模塊，每個電池的正負極分別與一個二路互鎖開關的兩個動端觸頭連接，二路互鎖開關的不動端與相鄰的電池單元負極連接將電池單元串聯(lián)；電池單元檢測模塊與二路互鎖開關的控制信號輸入端連接。檢測到某一電池單元故障時，控制二路互鎖開關切換至與該電池單元負極相連的觸頭，將該電池單元短路，從而達到切除故障單元的目的。
[0034]所述的供電電源可包括一個直流高壓供電電路，直流高壓供電電路包括低壓電池和隔離DC-DC升壓模塊，低壓電池通過隔離DC-DC升壓模塊與發(fā)射機的電源端相連。
[0035]如圖4所示，供電電源可以包括至少兩個相互并聯(lián)的直流高壓供電電路，每個直流高壓供電電路分別包括低壓電池和隔離DC-DC升壓模塊，低壓電池通過隔離DC-DC升壓模塊與發(fā)射機的電源端連接。
[0036]為了實現(xiàn)間歇發(fā)射，發(fā)射機可根據(jù)發(fā)射機內預設的間歇發(fā)射程序實現(xiàn)間歇發(fā)射。
[0037]也可以在接收機上設置間歇發(fā)射請求發(fā)送模塊，發(fā)射機上設置能夠接收該請求并控制發(fā)射機實現(xiàn)間歇發(fā)射的間歇發(fā)射控制模塊，接收機與發(fā)射機之間通過無線通信方式連接。
[0038]在傳統(tǒng)不具備間斷發(fā)射功能的發(fā)射機上，可以設置具有負載切換功能的受控電子開關K，受控電子開關K可以是機械式的，也是可以是igbt電子開關等電力電子器件。
[0039]作為本發(fā)明的一種實施方案，如圖5所示，受控電子開關K的不動端與發(fā)射機的第一輸出端連接，受控電子開關K的一個動端通過固定電阻R與發(fā)射機的第二輸出端連接，受控電子開關K的另一個動端通過電極A和電極B與發(fā)射機的第二輸出端連接，受控電子開關K的控制信號輸入端與發(fā)射節(jié)能控制器連接，發(fā)射節(jié)能控制器與接收機的控制信號輸出端連接，發(fā)射節(jié)能控制器與接收機之間的通信優(yōu)選無線通信方式。
[0040]現(xiàn)代的發(fā)射機一般都具備輸出開路保護功能，發(fā)射的時候如果檢測不到輸出電流，發(fā)射機將進入開路保護，不再輸出電流。也就是說如果傳統(tǒng)的發(fā)射機要實現(xiàn)此功能，可以通過加裝一個受控電子開關K來實現(xiàn)，受控電子開關K裝在發(fā)射機的后端，兩端接有一個固定阻值的電阻R。當需要節(jié)能輸出的時候，受控電子開關K的動端接到電阻R上，發(fā)射機發(fā)射的電流Il不會直接進入大地，而是通過發(fā)射機流過電阻R，此時發(fā)射機不會認為是開路，不會進入開路保護狀態(tài)。在需要大功率發(fā)射的時候，通過預先設定好的程序或者靠遠處接收機的無線控制信號通過發(fā)射節(jié)能控制器打開受控電子開關K，受控電子開關K的動端接到電極B上，將大功率脈沖直流電導入地下，電流12通過電極A、B對大地放電。
[0041]作為本發(fā)明的另一種實施方案，如圖6所不,受控電子開關K的一端與發(fā)射機的第一輸出端連接，受控電子開關K的另一端通過電極A和電極B與發(fā)射機的第二輸出端連接，發(fā)射機的第一輸出端與第二輸出端之間并聯(lián)有固定電阻R，受控電子開關K的控制信號輸入端與發(fā)射節(jié)能控制器連接，發(fā)射節(jié)能控制器與接收機的控制信號輸出端連接，發(fā)射節(jié)能控制器與接收機之間的通信優(yōu)選無線通信方式。
[0042]現(xiàn)代的發(fā)射機一般都具備輸出開路保護功能，發(fā)射的時候如果檢測不到輸出電流，發(fā)射機將進入開路保護，不再輸出電流。也就是說如果傳統(tǒng)的發(fā)射機要實現(xiàn)此功能，可以通過加裝一個受控電子開關K來實現(xiàn)，受控電子開關K裝在發(fā)射機的后端，兩端接有一個固定阻值的電阻R。當需要節(jié)能輸出的時候，斷開受控電子開關K，發(fā)射機發(fā)射的電流不會直接進入大地，而是通過發(fā)射機流過電阻R，此時發(fā)射機不會認為是開路，不會進入開路保護狀態(tài)。在需要發(fā)射大功率的時候，通過預先設定好的程序或者靠遠處接收機的無線信號打開受控電子開關K，閉合受控電子開關K，將大功率脈沖直流電導入地下。
[0043]需要說明的是，上述兩種方案中，發(fā)射節(jié)能控制器在接收機的控制下實現(xiàn)對受控電子開關K的控制。當然，發(fā)射節(jié)能控制器也可以脫離接收機的控制，根據(jù)其內置的控制程序按預設時間間隔控制受控電子開關K，從而實現(xiàn)間歇發(fā)射。
[0044]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述構想范圍內，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應在本發(fā)明所附權利要求的保護范圍內。
【權利要求】
1.直接供電的大功率直流激電測量系統(tǒng)，其特征在于:它包括供電電源、發(fā)射機和與發(fā)射機相配合的接收機，供電電源與發(fā)射機的電源端相連，所述的供電電源為基于電池的高壓大功率電源，發(fā)射機為間歇發(fā)射式發(fā)射機。
2.根據(jù)權利要求1所述的直接供電的大功率直流激電測量系統(tǒng)，其特征在于:所述的供電電源由多個可自動切除故障單元的電池模塊串聯(lián)而成，出現(xiàn)故障的單元會被自動切除出串聯(lián)序列。
3.根據(jù)權利要求1所述的直接供電的大功率直流激電測量系統(tǒng)，其特征在于:所述的供電電源包括一個直流高壓供電電路，直流高壓供電電路包括低壓電池和隔離DC-DC升壓模塊，低壓電池通過隔離DC-DC升壓模塊與發(fā)射機的電源端相連。
4.根據(jù)權利要求1所述的直接供電的大功率直流激電測量系統(tǒng)，其特征在于:所述的供電電源包括至少兩個相互并聯(lián)的直流高壓供電電路，每個直流高壓供電電路分別包括低壓電池和隔離DC-DC升壓模塊，低壓電池通過隔離DC-DC升壓模塊與發(fā)射機的電源端連接。
5.根據(jù)權利要求1所述的直接供電的大功率直流激電測量系統(tǒng)，其特征在于:所述的發(fā)射機根據(jù)發(fā)射機內預設的間歇發(fā)射程序實現(xiàn)間歇發(fā)射。
6.根據(jù)權利要求1所述的直接供電的大功率直流激電測量系統(tǒng)，其特征在于:所述的接收機上設置有間歇發(fā)射請求發(fā)送模塊，發(fā)射機上設置有能夠接收該請求并控制發(fā)射機實現(xiàn)間歇發(fā)射的間歇發(fā)射控制模塊，接收機與發(fā)射機之間通過無線通信方式連接。
7.根據(jù)權利要求1所述的直接供電的大功率直流激電測量系統(tǒng)，其特征在于:所述的發(fā)射機上設置有具有負載切換功能的受控電子開關K。
8.根據(jù)權利要求7所述的直接供電的大功率直流激電測量系統(tǒng)，其特征在于:所述的受控電子開關K包括機械式開關或igbt電子開關。
9.根據(jù)權利要求7所述的直接供電的大功率直流激電測量系統(tǒng)，其特征在于:所述的受控電子開關K的不動端與發(fā)射機的第一輸出端連接，受控電子開關K的一個動端通過固定電阻R與發(fā)射機的第二輸出端連接，受控電子開關K的另一個動端通過電極A和電極B與發(fā)射機的第二輸出端連接，受控電子開關K的控制信號輸入端與發(fā)射節(jié)能控制器連接，發(fā)射節(jié)能控制器與接收機的控制信號輸出端連接。
10.根據(jù)權利要求7所述的直接供電的大功率直流激電測量系統(tǒng)，其特征在于:所述的受控電子開關K的一端與發(fā)射機的第一輸出端連接，受控電子開關K的另一端通過電極A和電極B與發(fā)射機的第二輸出端連接，發(fā)射機的第一輸出端與第二輸出端之間并聯(lián)有固定電阻R，受控電子開關K的控制信號輸入端與發(fā)射節(jié)能控制器連接，發(fā)射節(jié)能控制器與接收機的控制信號輸出端連接。
【文檔編號】G01V3/04GK103941292SQ201410112566
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權日:2014年3月25日
【發(fā)明者】劉丙喜, 張安兵, 趙玉玲, 孟凡春, 毛珂 申請人:四川賽高斯科技有限公司