[發明專利]多功能電流脈沖發射機及控制方法

無效

• 申請號: 201110310151.3
• 申請日: 2011-10-13
• 公開（公告）號: CN102510233A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 林君;薛開昶;周逢道;于生寶;吳勇;劉長勝
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H02M7/537
• 分類號: H02M7/537;H02M3/156;H02H3/08
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王立文

技術領域：

本發明涉及一種地球物理勘探中的電法勘探儀器，尤其是適用于負載為等效電感幾百μH-2mH、等效電阻0.3～2Ω的線圈和等效電感1mH～7mH、等效電阻10～80Ω的電流脈沖發射機及控制方法。

背景技術：

在地球物理勘探中，與電法勘探方法相對應的電法儀器，它的負載主要有以下兩種：一種是由發射導線圍成的線圈，另一種是兩個坑之間的大地。前一種稱為磁性源，負載等效電感為幾百μH～2mH，等效電阻為0.3～2Ω；后一種稱為電性源，負載等效電感1mH～7mH，等效電阻10～80Ω，等效電感主要是由兩個坑到發射機的導線的電感決定，等效電阻為導線的電阻與兩個地坑之間大地的電阻之和。

在這兩種負載上輸出同樣的電流時，它們對應的發射電壓相差10～25倍，因此發射機的輸出電壓需要有較寬的變化范圍。常規采用的方法是通過控制功率開關管的占空比來改變輸出電壓的大小，然而由于占空比的大范圍變化，將導致器件損耗過大，效率低。

對于產生電流脈沖的H橋，常規的短路和橋臂防直通保護是在電流流通回路中串上保險絲，在故障發生后，需要重新改換保險絲，不具有自修復功能。對于橋臂防直通還有一種主流的方法是設置單側橋臂的驅動脈沖互鎖功能，然而這種方法不能解決驅動脈沖互鎖電路之后，功率管之前由于外界干擾導致的橋臂直通。

對于負載為線圈的瞬變電磁法(TEM)，要求電流脈沖的下降沿是線性下降；對于負載為大地的時間域激發極化法(TIP)，要求電流脈沖的上升沿和下降沿盡可能的陡一些，減小對激化率的影響；對于負載為大地負載的可控源音頻大地電磁法(CSAMT)在高頻時要求電流脈沖的上升沿和下降沿盡可能的陡一些，從而抑制發射電極線電感的影響，提高輸出電流。常規的方法是采用輔助電源將電流脈沖的上升沿和下降沿嵌位到高壓，達到加速上升沿和下降沿，并使下降沿具有一定線性度的目的。由于需要輔助電源使發射系統復雜程度增強。

發明內容：

本發明的目的就在于針對上述現有技術的不足，提供一種采用新型拓撲結構使發射機能夠用于電性源和磁性源負載的多功能電流脈沖發射機及控制方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

多功能電流脈沖發射機，是由兩檔直流電源1正極通過開關K連接降壓斬波穩流電路2、嵌位電路4、短路及橋臂直通保護電路7、雙極性電流脈沖發生器8和負載9連接，穩流控制電路3與降壓斬波穩流電路2連接，嵌位電路4經嵌位電壓源5與穩壓控制電路6連接，兩檔直流電源1負極經降壓斬波穩流電路2、雙極性電流脈沖發生器8與負載9連接，嵌位電壓源5輸入負極與降壓斬波穩流電路2輸出負極連接，脈沖控制電路10與雙極性電流脈沖發生器8連接，穩壓控制電路6與嵌位電路4連接構成。

多功能電流脈沖發射機控制方法，包括以下順序和步驟：

a、當負載為等效電感幾百μH-2mH，等效電阻0.3～2Ω的磁性源時將開關K打到V_L檔，當負載為等效電感1mH～7mH，等效電阻10～80Ω的電性源時將開關K的打到V_H檔；

b、調節脈沖控制電路10產生驅動信號，用該驅動信號驅動雙極性電流脈沖發生器8產生周期性的電流脈沖；

c、調節穩壓控制電路6、穩流控制電路3，使負截9兩端電壓為V₀(t)，相應有流過負載9的電流脈沖為I₀(t)；

d、給降壓斬波穩流電路2的輸出V_i設定一個最高閥值電壓V_imax，設定穩流值為I_g，當VT₁、VT₄或VT₂、VT₃的驅動信號為高電平時，檢測流過電感L₁的平均電流I_i，平均電流I_i經比例積分處理后作為減數與被減數I_g求差，然后根據差值的大小改變IGBT的VT₆占空比，調整輸出電壓，使流過電感L₁的平均電流I_i等于設定的穩流值I_g，若輸出電壓到達設定的最高閥值電壓V_imax時也沒有達到預置的設定穩流值I_g，則調節VT₆的占空比使輸出電壓V_i＝V_imax，實現降壓斬波穩流電路2的穩流控制；