[發明專利]一種基于PID算法的瞬變電磁發射系統及其控制方法

在審

• 申請號: 202011188381.2
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112764453A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 姜元;姜潤強;張振東;劉陽
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G05F1/625
• 分類號: G05F1/625;G01V3/10;H03K7/08
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 李青

一種基于PID算法的瞬變電磁發射系統及其控制方法，解決了現有瞬變電磁發射裝置不足的問題。該系統包括：主控電路、光耦開關、H橋路、霍爾傳感器、模數轉換器和負載線圈；主控電路發出弱電信號，通過光耦開關將弱電信號轉換為強電信號，并驅動H橋路開啟和閉合，在負載線圈中形成電流信號，傳輸回H橋路，形成閉環；霍爾傳感器采集流經負載線圈上的模擬信號，由模數轉換器進行轉換，將數字信號反饋至主控電路。本發明突破了傳統瞬變電磁發射電流關斷時間受負載線圈特性的限制，延長了發射電流關斷時間，發射電流的上升沿和下降沿的斜率固定，且線性度更高，能夠更準確的剔除一次場對瞬變電磁信號的影響，得到更加準確的地下介質反演結果。

技術領域

本發明涉及瞬變電磁發射系統與控制方法領域，具體一種基于PID算法的瞬變電磁發射系統及其控制方法。

背景技術

瞬變電磁法作為一種時間域物探方法，通過在發射線圈中通入雙極性電流方波，使用接收端傳感器接收一次場信號及地下介質感應引起的二次場信號。通過分析接收到的信號，得到地下介質的電阻率信息。

地表下化石能源的探尋和金屬類礦藏的開采仍是最主要的資源消耗，尋找大深度礦藏是緩解能源危機的重要途徑。因此發明一種高效、準確和大深度的資源探測儀器是目前迫在眉睫的問題。

現有增大瞬變電磁探測深度的發射裝置與發射系統，但均未涉及對發射電流關斷時間的控制。瞬變電磁發射電流關斷時間直接影響探測結果，若關斷時間較大，接收到的早期信號少，中、晚期信號多，反映深部地電信息多。隨著關斷時間的增加，電阻率曲線反映的深部信息更加豐富。

發明內容

本發明的目的是針對現有瞬變電磁發射裝置不足，提出一種基于PID算法的瞬變電磁發射系統及其控制方法。

一種基于PID算法的瞬變電磁發射系統，該系統包括：主控電路、光耦開關、H橋路、霍爾傳感器、模數轉換器和負載線圈；所述主控電路發出弱電信號，通過光耦開關將所述弱電信號轉換為強電信號，并驅動所述H橋路開啟和閉合，在所述負載線圈中形成電流信號，傳輸回所述H橋路，形成閉環；所述霍爾傳感器采集流經所述負載線圈上的模擬信號，由模數轉換器進行轉換，將數字信號反饋至主控電路。

優選的，所述光耦開關連接主控電路與H橋路控制端，所述H橋路的輸出端的兩路分別于所述負載線圈的進口和出口連接，形成閉環；所述霍爾傳感器套在負載線圈上，所述模數轉換器連接所述主控電路和霍爾傳感器。

優選的，所述光耦開關為光電耦合器，實現強弱電的隔離。

優選的，所述H橋路由4個MOS管構成。

一種基于PID算法的瞬變電磁發射系統的控制方法，該方法包括如下步驟：

步驟一：初始化主控電路，配置輸出的電流波形曲線，包括電流大小、頻率、占空比與電流的關斷時間；

步驟二：主控電路發射高頻PWM波，經光耦開關驅動H橋路開關，在負載線圈上得到電流波形；

步驟三：霍爾傳感器設置在負載線圈回路上，實時采集流經負載線圈的電流波形，同時用高速模數轉換器采集回饋電流值，并回饋給主控電路；

步驟四：主控電路對比配置電流值與所述回饋電流值，利用嵌入在所述主控電路中的PID控制器調節輸出的PWM波占空比，減小流經負載線圈的所述回饋電流值與配置值間的差距，在負載線圈上得到與配置的曲線相吻合的電流波形。

優選的，所述的步驟一中根據配置輸出波形曲線，將一個發射周期劃分為若干離散時間點，電流曲線上升沿、平頂段和下降沿連接成與離散時間相關的直線波形，平頂段為固定電流值，上升沿和下降沿為電流開啟和關斷時間。

優選的，所述上升沿和平頂段的離散點時間間隔100us，下降沿的離散點時間間隔5us。