[發明專利]一種有源可控波形的磁性源電磁發射機系統及控制方法

有效

• 申請號: 202110957441.0
• 申請日: 2021-08-19
• 公開（公告）號: CN113659553B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 王穎杰;岳建華;趙江杭;劉海媛;孫濤;胡港中;侯賀港;畢琪文;余儲勝
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H02H9/02
• 分類號: H02H9/02;H02M3/156;G01V3/10
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 徐瑩

本發明公開了一種有源可控波形的磁性源電磁發射機系統及控制方法，包括主控電路(2)產生開關信號并經驅動電路(3)隔離放大，提供通斷時序；外部直流電源(1)，為升壓boost電路(4)持續提供直流電壓，并經降壓buck電路(5)和全橋發射電路(6)在發射電流上升沿期間和平頂段期間為發射線圈(8)提供發射電流；在發射電流下降沿期間雙二極管鉗位電路(7)提供能量回饋通路，同時為發射線圈(8)提供高壓鉗位，將發射電流下降沿期間發射線圈回饋的能量存儲在升壓boost電路(4)的電容中；去過沖電路(9)在發射電流下降沿過零后為發射線圈(8)提供能量釋放通路。本發明可實現發射線圈發射電流上升沿線性度可調與下降沿高速關斷，發射線圈的發射能量能夠回饋利用，減少能量消耗。

技術領域

本發明涉及一種有源可控波形的磁性源電磁發射機系統及控制方法，屬于磁性源電磁發射機的技術領域。

背景技術

常用的礦產資源勘探手段主要有化探分析、物探以及遙感技術，其中物探方法主要借助于電磁波在大地中的傳播機理對電性參數進行識別。根據電磁法工作方式不同，可以分為電性源瞬變電磁法和磁性源電磁法。瞬變電磁法(Time-domain electromagneticmethod，TEM)是一種常見的物探方法，因其橫向分辨率高、低阻反應靈敏、探測深度深、抗干擾能力強等優點被廣泛應用。

由于發展時間短、技術水平不足、以及其他相關因素的制約，磁性源電磁發射機的開發工作也出現了一些技術難題。目前磁性源大功率電磁發射機存在發射電流的平頂段紋波大、下降沿線性度低、關斷時間長以及開通電流上升時間長等，這些難題極大程度上限制了磁性源大功率電磁探測系統探測精度與深度。針對下降沿線性度低、關斷時間長以及開通電流上升時間長問題，現有常采用的是一種饋能型恒壓箝位電路，負載能量一部分經電阻消耗，另一部分存儲于電源側電容中，使得該電容電壓上升。在下一次脈沖上升沿時該電容能量釋放，由于電容電壓大于電源電壓，加速了電流的上升，并有較多的能量回饋，所以稱為饋能型恒壓箝位電路。但是該方法電流上升的電壓不可控，當負載電感較小時，提供電容的能量并不多，并不能實現電流的快速上升和下降。

在電流脈沖下降沿，負載電感上的電流將變為零，即線圈將釋放能量，而由于發射機需要按一定的頻率連續發射脈沖電流，為降低耗能、提升探測效率，應考慮將每次發射的能量循環利用。

因此，需要一種可發射雙極性梯形波電流脈沖，發射電流前后沿可控、變化速率較快且能實現發射能量循環利用的磁性源電磁發射機電路。

發明內容

針對現有的饋能型恒壓箝位電路在負載電感較小，不足以提供現有恒壓箝位電路電容能量時，不能實現電流快速線性上升和下降，本發明提供一種有源可控波形的磁性源電磁發射機系統及控制方法，以實現在小負載電感下，發射線圈發射電流上升沿線性度可調與下降沿高速關斷，發射線圈的發射能量能夠回饋利用，減少能量消耗。

本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種有源可控波形的磁性源電磁發射機系統，包括外部直流電源，還包括主控電路、驅動電路、升壓boost電路、降壓buck電路、全橋發射電路、雙二極管箝位電路、去過沖電路和發射線圈；

其中，所述主控電路連接外部直流電源，用于產生開關信號，并經驅動電路進行隔離放大后為升壓boost電路、降壓buck電路、全橋發射電路和去過沖電路中的可控開關器件提供通斷時序；

所述外部直流電源，用于為升壓boost電路持續提供直流電壓，并經降壓buck電路為全橋發射電路提供直流電壓，且由全橋發射電路在發射電流上升沿期間和平頂段期間為發射線圈提供正向或反向的發射電流；

所述雙二極管鉗位電路連接升壓boost電路和全橋發射電路，用于在發射電流下降沿期間為升壓boost電路和發射線圈提供能量回饋通路同時為發射線圈提供高壓鉗位；

所述升壓boost電路還用于將發射電流下降沿期間發射線圈回饋的能量存儲在電容中；