磁性源非調(diào)制式發(fā)射機(jī)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種磁性源非調(diào)制式發(fā)射機(jī)，是由主控制模塊分別連接人機(jī)接口、GPS模塊和WIFI模塊、筆記本電腦，主控制模塊經(jīng)A/D模塊和H橋路與電源連接，主控制模塊經(jīng)驅(qū)動模塊、鉗位電路和H橋路與發(fā)射線圈連接，驅(qū)動模塊經(jīng)阻尼吸收電路和H橋路與發(fā)射線圈連接，驅(qū)動模塊與H橋路連接，鉗位電路與A/D模塊連接構(gòu)成。解決了電流下降為零時的振鈴現(xiàn)象，對減小淺層探測中的一次場影響具有重要作用，得到了更“純凈”的二次場信號，提高了瞬變電磁數(shù)據(jù)的質(zhì)量，尤其是對瞬變電磁的早期數(shù)據(jù)，為瞬變電磁數(shù)據(jù)處理和反演提供了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。適用于多種形式的發(fā)射線圈，發(fā)射電流波形可控制，關(guān)斷延時短、電流下降沿線性度高、發(fā)射電流大、電流前沿上升速度加快。
【專利說明】磁性源非調(diào)制式發(fā)射機(jī)及控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種地球物理勘探設(shè)備，尤其是瞬變電磁發(fā)射系統(tǒng)，特別是發(fā)射天線為強(qiáng)感性磁性源(線圈)負(fù)載的磁性源電磁發(fā)射機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]時間域瞬變電磁法(TEM)是地球物理探測領(lǐng)域里一種應(yīng)用前景十分廣闊的勘探方法，且目前已經(jīng)成功地應(yīng)用于煤礦、金屬礦、石油、煤氣勘查等工程探測方面。瞬變電磁發(fā)射機(jī)通常使用大電感、小電阻的線圈負(fù)載，尤其在航空電磁法和井下電磁法等特殊場合對線圈的尺寸有所限制，實際上多采用多匝小線圈。因此，對于瞬變電磁磁性源發(fā)射機(jī)的功率變換電路提出了特殊的要求。
[0003]CN203786309U公開了一種“瞬變電磁發(fā)射機(jī)被動吸收電路”，采用TVS管、SIDAC器件來吸收關(guān)斷時發(fā)射線圈中的發(fā)射電流，減小電流關(guān)斷時間，但是往往應(yīng)用在強(qiáng)感性磁性源(線圈)負(fù)載上關(guān)斷延時還是太長，而且關(guān)斷延時電流波形下降沿非線性，不可控制，淺層盲區(qū)很大。
[0004]現(xiàn)有的航空瞬變電磁發(fā)射機(jī)使用調(diào)制式發(fā)射技術(shù)，雖然減小了電流關(guān)斷延時和電流上升時間，但是發(fā)射電流波形是經(jīng)調(diào)制過的，波形不穩(wěn)定，電流紋波較大，會產(chǎn)生電磁干擾，從而影響探測精度。
[0005]趙海濤在〈儀器儀表學(xué)報>2013年第4期P803-808公開了《恒壓鉗位高速關(guān)斷瞬變電磁發(fā)射系統(tǒng)》，提到了 “恒壓鉗位電路”，該電路應(yīng)用后，電流關(guān)斷延時短，電流下降沿線性度高，并提升了電流前沿上升速度，但在關(guān)斷后電流有反向，并且?guī)в姓袷帲瑢Χ螆鲇绊懕容^大，也給數(shù)據(jù)反演解釋帶來了很大的難度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種針對強(qiáng)感性磁性源(線圈)負(fù)載，能夠在使用感性較大的發(fā)射線圈時，通過對功率變換電路改進(jìn)和控制，實現(xiàn)發(fā)射電流高速關(guān)斷，下降沿線性度好，關(guān)斷后波形無振蕩，無反向，電流前沿上升速度加快，并且采用閉環(huán)自動控制的磁性源非調(diào)制式發(fā)射機(jī)。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]磁性源非調(diào)制式發(fā)射機(jī)，是由主控制模塊I分別連接人機(jī)接口 8、GPS模塊和WIFI模塊7、筆記本電腦11，主控制模塊I經(jīng)A/D模塊6和H橋路3與電源9連接，主控制模塊I經(jīng)驅(qū)動模塊2、鉗位電路4和H橋路3與發(fā)射線圈10連接，驅(qū)動模塊2經(jīng)阻尼吸收電路5和H橋路3與發(fā)射線圈10連接，驅(qū)動模塊2與H橋路3連接，鉗位電路4與A/D模塊6連接構(gòu)成。
[0009]所述的H橋路3正向供電開始Ql和Q4導(dǎo)通，Q3、Q2和Q5截止，當(dāng)Ql和Q4截止，Q3和Q2導(dǎo)通，Q3、Q2和Q5中的續(xù)流二極管和電容Cl構(gòu)成續(xù)流回路，負(fù)載能量轉(zhuǎn)移到Cl ；負(fù)向供電截止Ql、Q4和Q5中的續(xù)流二極管和電容C1構(gòu)成續(xù)流回路。
[0010]所述的發(fā)射線圈10為100 * 10m單阻線圈、Im * Im多阻線圈、2m * 2m多阻線圈或20m * 20m多匝線圈。
[0011]所述的主控制模塊I通過雙閉環(huán)控制發(fā)射電路，其中一組閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)控制鉗位電路4的鉗位電壓自動調(diào)整到所設(shè)電壓；另一組閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)通過控制阻尼吸收電路3自動調(diào)整吸收，使關(guān)斷后的電流波形無震蕩。
[0012]所述的電源9進(jìn)入橋路前串有二極管，二極管在發(fā)射電流截止時刻發(fā)射線圈10上的瞬間高壓不會對電源造成沖擊，鉗位電路4的高壓電容將此能量儲存，在脈沖電流上升沿放電時，能量全部加在發(fā)射線圈10上，而不會回饋到電源9，降低了能量損耗，且大大提升了電流脈沖前沿上升速度。
[0013]所述的H橋路3功率開關(guān)管兩端設(shè)有保護(hù)單元，在橋路正常打開后將保護(hù)單元中的能量經(jīng)過發(fā)射線圈放掉，提升了電流前沿，并且不對電流關(guān)斷有影響。
[0014]磁性源非調(diào)制式發(fā)射機(jī)的控制方法，包括以下步驟:
[0015]A、首先儀器啟動準(zhǔn)備設(shè)置參數(shù)，包括:頻率、占空比、發(fā)射電流最大值、鉗位電壓和線圈類型
[0016]B、設(shè)置好參數(shù)后準(zhǔn)備發(fā)射，儀器進(jìn)入預(yù)發(fā)射狀態(tài)，啟動發(fā)射后，發(fā)射機(jī)先給電容充電，充電完成后進(jìn)入?yún)?shù)校正階段，參數(shù)校正結(jié)束；
[0017]C、驅(qū)動控制，使用兩組閉環(huán)控制，兩組閉環(huán)同時工作:
[0018]其中一組控制鉗位電壓，通過測量高壓電容兩端的電壓后，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，然后進(jìn)行數(shù)字濾波，開口時間調(diào)整，參數(shù)修正；
[0019]另一組網(wǎng)絡(luò)通過控制阻尼吸收電路，采集發(fā)射電流，關(guān)斷延時測量，吸收時間調(diào)整，參數(shù)修正；
[0020]D、經(jīng)過雙閉環(huán)控制后，發(fā)射機(jī)進(jìn)行高壓參數(shù)修正和關(guān)斷延時測量修正，詢問是否停止發(fā)射，如果停止發(fā)射跳到設(shè)置參數(shù)頁面，如果不停止發(fā)射，則開始測量；
[0021]E、該控制方法實現(xiàn)了發(fā)射機(jī)自動工作，操作人員只需設(shè)置好初始發(fā)射機(jī)自動完成工作。
[0022]有益效果:解決了電流下降為零時的振鈴現(xiàn)象，對減小淺層探測中的一次場影響具有重要作用，得到了更“純凈”的二次場信號，提高了瞬變電磁數(shù)據(jù)的質(zhì)量，尤其是對瞬變電磁的早期數(shù)據(jù)，對減小淺部勘探盲區(qū)有效地發(fā)揮了作用，也為也為瞬變電磁數(shù)據(jù)處理和反演方法提供了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。適用于多種形式的發(fā)射線圈，如100m* 10m大面積單匝線圈、2m * 2m或Im * Im多阻小線圈、20m * 20m多阻線圈。發(fā)射電流波形可控制，具有關(guān)斷延時短、電流下降沿線性度高、發(fā)射電流大、電流前沿上升速度加快。
[0023]①、關(guān)斷阻尼吸收使用無感電阻和功率開關(guān)管Q6串聯(lián)在一起，然后再并聯(lián)到發(fā)射線圈兩端。當(dāng)發(fā)射電流關(guān)斷到底部時，馬上打開功率開關(guān)管，把吸收電阻Rl切入，消耗負(fù)載剩余能量，消除電流下降為零時的振鈴現(xiàn)象，使負(fù)載電流完全線性下降，且無反向。
[0024]②、功率開關(guān)管保護(hù):常規(guī)的功率開關(guān)管保護(hù)電路:RCD吸收電路，雖然可以保護(hù)主橋路的Ql、Q2、Q3、Q4開關(guān)管，但是在關(guān)斷瞬間RCD吸收電路中的電容C會迅速充電，在主橋路正常工作時，電容C中的電荷會通過發(fā)射線圈放掉，這樣便會在發(fā)射電流波形中產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象。本發(fā)明提出一種新的保護(hù)技術(shù)，與保護(hù)單元串聯(lián)一個開關(guān)，在電流上升時將電荷放掉，并加快了發(fā)射波形的前沿。
[0025]③、發(fā)射電流波形可控:發(fā)射電流下降沿、發(fā)射電流的周期、占空比都可以由主控電路的MCU控制。發(fā)射電流下降沿可通過控制鉗位電路的鉗位高壓，從而改變關(guān)斷時間。發(fā)射電流的平頂可由電源板的輸出決定，由于發(fā)射線圈確定后，電阻也就確定了，所以發(fā)射電流可由電源的輸出電壓控制。
[0026]④、單片數(shù)字可編程邏輯器件控制方法:閉環(huán)控制，控制方法采用兩組閉環(huán)控制，其中一組在使用不同感性負(fù)載時，根據(jù)所測得的電流關(guān)斷延時調(diào)整阻尼吸收電路的切入時間，完成電流拖尾效應(yīng)的吸收；一組通過測量鉗位電路中高壓電容的電壓來調(diào)整鉗位電路打開時間，從而使高壓電容兩端電壓與設(shè)定鉗位電壓值相同，實現(xiàn)系統(tǒng)自動控制。
[0027]應(yīng)用范圍廣泛，即適用于地面大面積發(fā)射線圈，又適用于礦井隧道多匝小線圈，還適用于航空，固定翼多匝線圈。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0028]圖1為磁性源非調(diào)制式發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)框圖
[0029]圖2為圖1中H橋路3的電路圖
[0030]圖3為磁性源非調(diào)制式發(fā)射機(jī)的控制方法流程圖
[0031]圖4為磁性源非調(diào)制式發(fā)射機(jī)的操作流程圖
[0032]圖5為磁性源非調(diào)制式發(fā)射機(jī)的發(fā)射電流波形示意圖
[0033]I主控制模塊，2驅(qū)動模塊，3H橋路，4鉗位電路，5阻尼吸收電路，6A/D模塊，7GPS模塊和WIFI模塊，8人機(jī)接口，9電源，10發(fā)射線圈，11筆記本電腦，12發(fā)電機(jī)，13電池。

【具體實施方式】
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[0034]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0035]磁性源非調(diào)制式發(fā)射機(jī)，是由主控制模塊I分別連接人機(jī)接口 8、GPS模塊和WIFI模塊7、筆記本電腦11，主控制模塊I經(jīng)A/D模塊6和H橋路3與電源9連接，主控制模塊I經(jīng)驅(qū)動模塊2、鉗位電路4和H橋路3與發(fā)射線圈10連接，驅(qū)動模塊2經(jīng)阻尼吸收電路5和H橋路3與發(fā)射線圈10連接，驅(qū)動模塊2與H橋路3連接，鉗位電路4與A/D模塊6連接構(gòu)成。
[0036]所述的H橋路3正向供電開始Ql和Q4導(dǎo)通，Q3、Q2和Q5截止，當(dāng)Ql和Q4截止，Q3和Q2導(dǎo)通，Q3、Q2和Q5中的續(xù)流二極管和電容Cl構(gòu)成續(xù)流回路，負(fù)載能量轉(zhuǎn)移到Cl ；負(fù)向供電截止Ql、Q4和Q5中的續(xù)流二極管和電容C1構(gòu)成續(xù)流回路。
[0037]所述的發(fā)射線圈10為100 * 10m單阻線圈、Im * Im多阻線圈、2m * 2m多阻線圈或20m * 20m多匝線圈。
[0038]所述的主控制模塊I通過雙閉環(huán)控制發(fā)射電路，其中一組閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)控制鉗位電路4的鉗位電壓自動調(diào)整到所設(shè)電壓；另一組閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)通過控制阻尼吸收電路3自動調(diào)整吸收，使關(guān)斷后的電流波形無震蕩。
[0039]所述的電源9進(jìn)入橋路前串有二極管，二極管在發(fā)射電流截止時刻發(fā)射線圈10上的瞬間高壓不會對電源造成沖擊，鉗位電路4的高壓電容將此能量儲存，在脈沖電流上升沿放電時，能量全部加在發(fā)射線圈10上，而不會回饋到電源9，降低了能量損耗，且大大提升了電流脈沖前沿上升速度。
[0040]所述的H橋路3功率開關(guān)管兩端設(shè)有保護(hù)單元，在橋路正常打開后將保護(hù)單元中的能量經(jīng)過發(fā)射線圈放掉，提升了電流前沿，并且不對電流關(guān)斷有影響。
[0041]磁性源非調(diào)制式發(fā)射機(jī)的控制方法，包括以下步驟:
[0042]A、首先儀器啟動準(zhǔn)備設(shè)置參數(shù)，包括:頻率、占空比、發(fā)射電流最大值、鉗位電壓和線圈類型
[0043]B、設(shè)置好參數(shù)后準(zhǔn)備發(fā)射，儀器進(jìn)入預(yù)發(fā)射狀態(tài)，啟動發(fā)射后，發(fā)射機(jī)先給電容充電，充電完成后進(jìn)入?yún)?shù)校正階段，參數(shù)校正結(jié)束；
[0044]C、驅(qū)動控制，使用兩組閉環(huán)控制，兩組閉環(huán)同時工作:
[0045]其中一組控制鉗位電壓，通過測量高壓電容兩端的電壓后，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，然后進(jìn)行數(shù)字濾波，開口時間調(diào)整，參數(shù)修正；
[0046]另一組網(wǎng)絡(luò)通過控制阻尼吸收電路，采集發(fā)射電流，關(guān)斷延時測量，吸收時間調(diào)整，參數(shù)修正；
[0047]D、經(jīng)過雙閉環(huán)控制后，發(fā)射機(jī)進(jìn)行高壓參數(shù)修正和關(guān)斷延時測量修正，詢問是否停止發(fā)射，如果停止發(fā)射跳到設(shè)置參數(shù)頁面，如果不停止發(fā)射，則開始測量；
[0048]E、該控制方法實現(xiàn)了發(fā)射機(jī)自動工作，操作人員只需設(shè)置好初始發(fā)射機(jī)自動完成工作。
[0049]主控制模塊是以數(shù)字可編程邏輯器件為核心，外圍設(shè)有通信總線、發(fā)射時序隔離輸出電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊、GPS模塊、無線WIFI模塊、人機(jī)接口等；所述驅(qū)動模塊把橋路控制信號放大后輸出給發(fā)射電路的功率開關(guān)管；所述發(fā)射電路采用可調(diào)恒壓鉗位高速關(guān)斷技術(shù)、脈沖前沿提升技術(shù)、關(guān)斷阻尼吸收技術(shù)，功率開關(guān)管保護(hù)技術(shù)；所述電源板提供12-96V電壓，輸出總功率很高；所述發(fā)射天線為強(qiáng)感性磁性源(線圈)負(fù)載。
[0050]如圖1所示，瞬變電磁磁性源非調(diào)制式發(fā)射機(jī)，包括主控制模塊1、驅(qū)動模塊2、H橋路3、鉗位電路4、阻尼吸收電路5、電源9、人機(jī)接口 8、GPS模塊和WIFI模塊7構(gòu)成發(fā)射機(jī)儀器整體。發(fā)射機(jī)整體分為四層。所述主控制模塊I處于儀器最上層，主控制模塊I以數(shù)字可編程邏輯器件為核心，并且資源豐富，板上的接口與驅(qū)動模塊2相連；所述驅(qū)動模塊2位于主控制模塊I的下一層，驅(qū)動模塊2的輸出信號分別接H橋路3、鉗位電路4、和阻尼吸收電路5的功率開關(guān)管來控制發(fā)射；所述H橋路3、鉗位電路4、和阻尼吸收電路5如圖2所示位于儀器整體的第三層，另外還與電源9相連，電源9給發(fā)射電路供電；所述電源9通過發(fā)射機(jī)機(jī)殼上的接口與外部的蓄電池13或者發(fā)電機(jī)12相連，電源9使用VICOR公司的電源模塊，位于儀器整體的最下層；人機(jī)接口與主控制板上的接口相連，經(jīng)過線束引到了發(fā)射機(jī)面板上，所述人機(jī)接口 8包括12864液晶顯示屏、防沙防塵防水按鍵；GPS模塊和WIFI模塊7與主控制板上的接口相連，所述GPS模塊使用Ublox公司的LEA-6T，WIFI模塊使用有人科技公司的USR-WIFI232-B ;發(fā)射線圈10與發(fā)射機(jī)機(jī)殼的輸出接口相連，所述發(fā)射線圈可以是100 * 10m大面積單阻線圈，也可以是Im * Im或2m * 2m多阻線圈，還可以是20m * 20m多匝線圈。
[0051]如圖2所示，磁性源非調(diào)制式發(fā)射機(jī)的發(fā)射電路，包括由4個功率開關(guān)管(Q1、Q2、Q3、Q4)組成的H橋路3、多匝發(fā)射線圈10、由功率開關(guān)管串聯(lián)一個吸收電阻組成阻尼吸收電路、由一個功率開關(guān)管和一個高壓電容組成鉗位電路，每個功率開關(guān)管兩端都有一個保護(hù)電路，所述保護(hù)電路由一個功率開關(guān)管(S1、S2、S3、S4)串聯(lián)一個保護(hù)單元組成。發(fā)射電路供電由電源9提供，D2、L1和C2組成瞬態(tài)功率電路，為發(fā)射電路提供瞬態(tài)高電流。
[0052]發(fā)射電路在數(shù)字可編程邏輯器件的控制下輸出雙極性梯形波，橋路加電后，首先對鉗位電路的高壓電容充電，達(dá)到預(yù)設(shè)定值后(充電時間大概I分鐘)，系統(tǒng)開始正常工作。正向供電開始時刻，Q1、Q4導(dǎo)通，Q3、Q2、Q5截止，發(fā)射線圈通過正向電流。在Q1、Q4截止后，Q3、Q2和Q5中的續(xù)流二極管和電容Cl構(gòu)成續(xù)流回路，負(fù)載能量轉(zhuǎn)移到Cl。由于鉗位電壓為預(yù)設(shè)定值(一般遠(yuǎn)大于電源9的輸出電壓)，發(fā)射線圈電壓在電流下降期間不變，發(fā)射電流迅速線性下降。在負(fù)向供電截止時刻，QU Q4和Q5中的續(xù)流二極管和電容C1構(gòu)成續(xù)流回路，同樣，發(fā)射電流迅速線性下降。配合阻尼吸收電路，消除電流下降為零附近的振鈴現(xiàn)象。如圖3所示，在電流下降為零時，阻尼吸收電路切入的時間不同，電流拖尾也不同。(恒壓鉗位電路實現(xiàn)Cl兩端電壓的穩(wěn)定。設(shè)定穩(wěn)壓值為U。，當(dāng)電壓小于Uc時，Q5截止，Cl充電；當(dāng)電壓大于U。時，Q5在下個脈沖電流上升沿導(dǎo)通，Cl放電，能量由發(fā)射線圈消耗，并可提升電流上升速度，使其盡快達(dá)到穩(wěn)定值。另外二極管Dl有著積極意義。由于二極管的單向?qū)ㄐ?，發(fā)射電流截止時刻，發(fā)射線圈上的瞬間高壓不會對電源造成沖擊；電容Cl在脈沖電流上升沿放電時，能量全部加在發(fā)射線圈上，而不會回饋到電源，降低了能量損耗，且大大提升了電流脈沖前沿上升速度。電源進(jìn)入H橋路之前加了一個二極管D2、緩沖電感LI和瞬態(tài)功率電容，是為了給發(fā)射電路提供瞬態(tài)電流，緩沖電感LI的作用是防止瞬態(tài)電流過大，把瞬態(tài)功率電容C2沖擊壞，起到保護(hù)作用。
[0053]如圖3磁性源非調(diào)制式發(fā)射機(jī)的控制方法流程圖所示，控制采用雙閉環(huán)控制，首先儀器啟動準(zhǔn)備設(shè)置參數(shù)，包括:頻率、占空比、發(fā)射電流最大值、鉗位電壓和線圈類型。設(shè)置好參數(shù)后準(zhǔn)備發(fā)射，儀器進(jìn)入預(yù)發(fā)射狀態(tài)，啟動發(fā)射后，發(fā)射機(jī)先給電容充電，充電完成后進(jìn)入?yún)?shù)校正階段，使用兩組閉環(huán)控制網(wǎng)絡(luò)，其中一組控制鉗位電壓，通過測量高壓電容兩端的電壓后，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，然后進(jìn)行數(shù)字濾波處理，與之前設(shè)置好的參數(shù)比較后調(diào)整鉗位電路功率開關(guān)管的打開時間的長短，從而調(diào)整了高壓電容兩端的電壓，自動調(diào)整到預(yù)設(shè)置鉗位電壓；另一組網(wǎng)絡(luò)通過控制阻尼吸收電路，將發(fā)射電流采集回來，通過對電流關(guān)斷延時的測量，將關(guān)斷延時稍微調(diào)整，使阻尼吸收電路在電流下降為零之前切入，這樣可以防止電流過沖反向和振蕩，也可以使發(fā)射電流關(guān)斷波形盡量線性。經(jīng)過雙閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)控制后，系統(tǒng)進(jìn)行高壓參數(shù)修正和關(guān)斷延時測量修正，軟件詢問是否停止發(fā)射，如果停止發(fā)射軟件跳到，設(shè)置參數(shù)頁面，如果不停止發(fā)射，則開始測量。系統(tǒng)采用本軟件控制實現(xiàn)了發(fā)射機(jī)自動化工作，操作人員只需設(shè)置好初始發(fā)射機(jī)自動完成工作。
[0054]具體工作過程:磁性源非調(diào)制式發(fā)射機(jī)通過數(shù)字可編程邏輯器件控制各個模塊和信號的輸出。儀器開關(guān)打開后，操作人員可以通過人機(jī)接口 8對發(fā)射機(jī)的工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，具體參數(shù)包括頻率、占空比、發(fā)射電流最大值、鉗位電壓、線圈類型等，操作人員還可以通過筆記本電腦11對參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，將筆記本電腦11與發(fā)射機(jī)連接，并使用上位機(jī)高級語言通過串口將參數(shù)傳到數(shù)字可編程邏輯器件內(nèi)解析。然后將發(fā)射機(jī)與蓄電池、發(fā)射天線連接好，最后點擊發(fā)射按鈕，發(fā)射機(jī)開始工作，如圖4所示。
[0055]數(shù)字可編程邏輯器件輸出控制橋路信號，其中有兩路信號是控制主橋Ql、Q2、Q3、Q4的信號，采用嚴(yán)格的互鎖邏輯，防止同一橋壁信號導(dǎo)通造成電源板的正負(fù)極導(dǎo)通短路?？刂茦蚵沸盘栞敵鐾ㄟ^光電耦合器，目的是起到隔離作用，防止強(qiáng)電干擾弱電部分，造成數(shù)字可編程邏輯器件時序混亂。從光耦輸出的信號連接到驅(qū)動模塊，驅(qū)動使用落木源公司的驅(qū)動板，能夠穩(wěn)定可靠的讓橋路正常工作，通過發(fā)射線圈輸出雙極性梯形波。主控制模塊I上的A/D模塊6將發(fā)射機(jī)所發(fā)射的電流波形采集回來，在液晶屏上顯示出發(fā)射電流的平頂電流值，關(guān)斷延時等參數(shù)，還可以觀察電流關(guān)斷波形，從而在野外等環(huán)境沒有示波器的情況下就能了解到此時發(fā)射機(jī)是否工作正常。另外主控制模塊I上還有高壓保護(hù)電路模塊，當(dāng)A/D模塊6測得鉗位電路的高壓電容兩端電壓高出所設(shè)定的安全電壓值后，系統(tǒng)就會認(rèn)為此時處于危險狀態(tài)，就會自動給高壓電容放電，并停止工作，這樣就起到了高壓保護(hù)的目的，使系統(tǒng)更加安全地工作。
[0056]但是如果功率開關(guān)管使用常規(guī)的RCD吸收電路，此時發(fā)射線圈兩端在電流下降為零時還會有一些微小的振蕩，這種振蕩就是RCD吸收電路所帶來的影響，所以本發(fā)明使用一種特殊的保護(hù)電路。所述保護(hù)電路為當(dāng)功率開關(guān)管關(guān)閉時，保護(hù)電路起作用，吸收功率開關(guān)管兩端的尖峰電壓，保護(hù)開關(guān)管；在正向供電開始時刻，S1、S4打開，將電容中的電荷放掉，在負(fù)向供電截止時刻，S2、S3打開，同樣將電容中的電荷放掉。這樣，在關(guān)斷后，保護(hù)電路的放電已經(jīng)結(jié)束，不會有電流通過發(fā)射線圈，消除了發(fā)射電流拖尾的振蕩，具體發(fā)射電流示意圖見圖5，這樣的電流發(fā)射波形會為后序瞬變電磁數(shù)據(jù)處理和反演方法提供了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。
【權(quán)利要求】
1.一種磁性源非調(diào)制式發(fā)射機(jī)，其特征在于，是由主控制模塊(1)分別連接人機(jī)接口(8)、GPS模塊和WIFI模塊(7)、筆記本電腦(11)，主控制模塊(1)經(jīng)A/D模塊(6)和Η橋路⑶與電源(9)連接，主控制模塊⑴經(jīng)驅(qū)動模塊(2)、鉗位電路(4)和Η橋路(3)與發(fā)射線圈(10)連接，驅(qū)動模塊(2)經(jīng)阻尼吸收電路(5)和Η橋路(3)與發(fā)射線圈(10)連接，驅(qū)動模塊⑵與Η橋路(3)連接，鉗位電路⑷與A/D模塊(6)連接構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求1所述的磁性源非調(diào)制式發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述的Η橋路(3)正向供電開始Q1和Q4導(dǎo)通，Q3、Q2和Q5截止，當(dāng)Q1和Q4截止，Q3和Q2導(dǎo)通，Q3、Q2和Q5中的續(xù)流二極管和電容C1構(gòu)成續(xù)流回路，負(fù)載能量轉(zhuǎn)移到C1 ;負(fù)向供電截止Ql、Q4和Q5中的續(xù)流二極管和電容q構(gòu)成續(xù)流回路。
3.按照權(quán)利要求1所述的磁性源非調(diào)制式發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述發(fā)射線圈(10)為100*100m單阻線圈、lm*lm多阻線圈、2m*2m多Θ?線圈或20m*20m多β?線圈。
4.按照權(quán)利要求1所述的瞬變電磁磁性源非調(diào)制式發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述主控制模塊(1)通過雙閉環(huán)控制發(fā)射電路，其中一組閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)控制鉗位電路(4)的鉗位電壓自動調(diào)整到所設(shè)電壓；另一組閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)通過控制阻尼吸收電路(3)自動調(diào)整吸收，使關(guān)斷后的電流波形無震蕩。
5.按照權(quán)利要求1所述的磁性源非調(diào)制式發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述的電源(9)進(jìn)入橋路前串有二極管，二極管在發(fā)射電流截止時刻發(fā)射線圈(10)上的瞬間高壓不會對電源造成沖擊，鉗位電路(4)的高壓電容將此能量儲存，在脈沖電流上升沿放電時，能量全部加在發(fā)射線圈(10)上，而不會回饋到電源(9)，降低了能量損耗，且大大提升了電流脈沖前沿上升速度。
6.按照權(quán)利要求1所述的磁性源非調(diào)制式發(fā)射機(jī)，其特征在于，Η橋路(3)的功率開關(guān)管兩端設(shè)有保護(hù)單元，在橋路正常打開后將保護(hù)單元中的能量經(jīng)過發(fā)射線圈放掉，提升了電流前沿，并且不對電流關(guān)斷有影響。
7.按照權(quán)利要求1所述的磁性源非調(diào)制式發(fā)射機(jī)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: Α、首先儀器啟動準(zhǔn)備設(shè)置參數(shù)，包括:頻率、占空比、發(fā)射電流最大值、鉗位電壓和線圈類型 Β、設(shè)置好參數(shù)后準(zhǔn)備發(fā)射，儀器進(jìn)入預(yù)發(fā)射狀態(tài)，啟動發(fā)射后，發(fā)射機(jī)先給電容充電，充電完成后進(jìn)入?yún)?shù)校正階段，參數(shù)校正結(jié)束； C、驅(qū)動控制，使用兩組閉環(huán)控制，兩組閉環(huán)同時工作: 其中一組控制鉗位電壓，通過測量高壓電容兩端的電壓后，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，然后進(jìn)行數(shù)字濾波，開口時間調(diào)整，參數(shù)修正； 另一組網(wǎng)絡(luò)通過控制阻尼吸收電路，采集發(fā)射電流，關(guān)斷延時測量，吸收時間調(diào)整，參數(shù)修正； D、經(jīng)過雙閉環(huán)控制后，發(fā)射機(jī)進(jìn)行高壓參數(shù)修正和關(guān)斷延時測量修正，詢問是否停止發(fā)射，如果停止發(fā)射跳到設(shè)置參數(shù)頁面，如果不停止發(fā)射，則開始測量； Ε、該控制方法實現(xiàn)了發(fā)射機(jī)自動工作，操作人員只需設(shè)置好初始發(fā)射機(jī)自動完成工作。
【文檔編號】G01V3/08GK104407391SQ201410740634
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】王世隆, 楊宇, 胡雪巖, 林君 申請人:吉林大學(xué)