CN102684713A - 电磁探测仪的发射机及其发射方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及探测领域，具体涉及一种电磁探测仪的发射机及其发射方法，能够将发射机的发射功率调节至最小有效功率。电磁探测仪的发射机包括：信号发射器，其用于发射探测信号；信号采集器，其用于采集反射回的探测数据；主控器，其包括检测模块和逻辑电路，检测模块接收信号采集器发送的探测数据，以检测探测数据为有效或无效；逻辑电路与检测模块连接，当探测数据为有效时逻辑电路发出降低发射探测信号的发射功率的驱动信号，当探测数据为无效时逻辑电路发出增加发射探测信号的发射功率的驱动信号；功率驱动电路，其与逻辑电路连接；功率逆变电路，其分别与驱动电路和信号发射器连接，并根据驱动信号调节信号发射器的发射探测信号的发射功率。

Description

电磁探测仪的发射机及其发射方法

技术领域

本发明涉及探测领域，具体涉及一种电磁探测仪的发射机及其发射方法。

背景技术

电磁探测仪用于在野外作业时探测未知目标，可探测水层、矿区等，在测量控制技术领域起到重要作用。发射机作为电磁探测仪的重要组成部分，负责向未知区域发射信号，从而检测未知区域是否有目标存在。

常用的电磁探测仪的发射机（例如cugtem-8型瞬变电磁探测仪的发射机）从开机工作起就以一种发射功率向目标发射探测信号。发射机在工作时，需要根据不同的探测目标调节发射功率。现有电磁探测仪的发射机常常需要人工根据日常经验调节发射功率的大小，选择发射线圈的长度。

但是，现有的调节需要人工控制，且常常无法将发射机的发射功率调节至能够采集到有效数据的最小发射功率上，即无法调节至最小有效功率。当发射机以较大功率工作时，会消耗很多电能，特别是在野外探测时，无法使电源支撑充足的探测时间。

发明内容

本发明提供一种电磁探测仪的发射机及其发射方法，能够将发射机的发射功率调节至最小有效功率。

本发明提供了一种电磁探测仪的发射机，包括：

信号发射器，其用于向目标发射探测信号；

信号采集器，其用于采集所述目标对所述探测信号反射回的探测数据；

主控器，其包括检测模块和逻辑电路，所述检测模块与所述信号采集器连接并接收所述信号采集器发送的所述探测数据，以检测所述探测数据为有效或无效；所述逻辑电路与所述检测模块连接，当所述探测数据为有效时所述逻辑电路发出降低发射所述探测信号的发射功率的驱动信号，当所述探测数据为无效时所述逻辑电路发出增加发射所述探测信号的发射功率的驱动信号；

功率驱动电路，其与所述逻辑电路连接并接收所述驱动信号；

功率逆变电路，其分别与所述驱动电路和所述信号发射器连接，所述功率逆变电路根据所述驱动信号调节所述信号发射器的发射所述探测信号的功率。

本发明还提供了一种电磁探测仪的发射机的发射方法，包括：

以初始的发射功率向目标发射探测信号；

采集目标对所述探测信号反射回的探测数据；

检测所述探测数据为有效或无效；

当探测数据为有效时，逐步降低发射探测信号的发射功率，直至确定能接收到有效探测数据的最小功率；当探测数据为无效时，逐步增加发射探测信号的发射功率，直至确定能接收到有效探测数据的最小功率；

以该最小功率向目标发射探测信号。

通过本发明的各实施例提供的电磁探测仪的发射机及其发射方法，能够将发射机的发射功率调节至最小有效功率。本发明通过发射机中的信号采集器对探测数据进行预先采集，并通过主控器中的检测模块检测探测数据为有效或无效。当检测到探测数据有效时，逻辑电路向功率驱动电路发出降低发射探测信号的发射功率的驱动信号，功率驱动电路驱动功率逆变电路将发射探测信号的发射功率降低至能接收到有效探测数据的最小功率。当检测到探测数据无效时，逻辑电路向功率驱动电路发出增加发射探测信号的发射功率的驱动信号，功率驱动电路驱动功率逆变电路将发射探测信号的发射功率增加至能接收到有效探测数据的最小功率。本发明能够根据检测到的探测数据是否有效将发射机的发射功率调节至最小有效功率，使发射机在最小有效功率下工作，节省资源，延长探测时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1为本发明的电磁探测仪的发射机的一种实施例的结构示意图。

图2为本发明的发射方法的一种实施例的流程图。

图3为本发明的发射方法的另一种实施例的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

本发明提供了一种电磁探测仪的发射机，包括：

信号发射器，其用于向目标发射探测信号；

信号采集器，其用于采集所述目标对所述探测信号反射回的探测数据；

主控器，其包括检测模块和逻辑电路，所述检测模块与所述信号采集器连接并接收所述信号采集器发送的所述探测数据，以检测所述探测数据为有效或无效；所述逻辑电路与所述检测模块连接，当所述探测数据为有效时所述逻辑电路发出降低发射所述探测信号的发射功率的驱动信号，当所述探测数据为无效时所述逻辑电路发出增加发射所述探测信号的发射功率的驱动信号；

功率驱动电路，其与所述逻辑电路连接并接收所述驱动信号；

功率逆变电路，其分别与所述驱动电路和所述信号发射器连接，所述功率逆变电路根据所述驱动信号调节所述信号发射器的发射所述探测信号的功率。在本发明的一个实施例中，电磁探测仪的发射机包括了信号发射器、信号采集器、主控器、功率驱动电路和功率逆变电路。其中，信号发射器可为发射线圈，发射线圈用于向目标发射探测信号，优选地，发射线圈通过线圈中的电流发射波形信号，更优选地，为方波信号。其中，信号采集器可为采集线圈，采集线圈用于采集经目标反射回的探测数据，优选地，探测数据为波形信号，更优选地，为方波信号。其中，主控器中设有检测模块，对采集到的探测数据进行预检测，检测其为有效数据或无效数据。检测模块将对探测数据的检测结果发送至逻辑电路，当检测到探测数据为有效时，逻辑电路向功率驱动电路发出降低发射探测信号的发射功率的驱动信号，功率驱动信号根据该驱动信号驱动功率逆变电路进行功率调节，降低发送探测信号的发射功率。当检测到探测数据为无效时，逻辑电路向功率驱动电路发出增加发射探测信号的发射功率的驱动信号，功率驱动信号根据该驱动信号驱动功率逆变电路进行功率调节，增加发送探测信号的发射功率。

在本发明的一个实施例中，瞬变电磁感应是利用电磁感应定律的一种时间域人工源电磁探测方法，其利用接地电极或者接地线圈向地下发送脉冲式一次电磁场（简称一次场），用接地电极或者不接地线圈观测由脉冲电磁场感应的地下涡流所产生的二次电磁场（简称二次场）的空间和时间分布，提取有效地质信息从而来解决有关地质问题的方法。在探测过程中，用阶跃信号驱动发射线圈，根据电磁感应理论，当线圈中的电流值突然下降到零时，由于发射线圈中的电流突变，导致在发射线圈周围产生一次脉冲磁场，即一次场；在一次场的激励下，地下良导体内部被激发出感应电流，如上图中的涡流；涡流随着时间逐渐衰减，从而在地下良导体周围感应出新的磁场，即二次场。涡流在地下良导体内的衰减呈指数衰减形式，二次场主要来源于此衰减的涡流，所以二次场中含有丰富的地质信息，探测接收此二次场信号，进行反演分析，从而能够解释地下良导体的信息。

在本发明的一个实施例中，瞬变电磁探测仪发射线圈中通入脉冲电流并向探测目标发射信号作为激励探测目标的场源，并感生二次电流。在脉冲间隙测量二次场随时间变化的响应，即用采集线圈采集探测目标对发射信号反射回的探测数据。并使通过发射机的检测模块检测探测数据的有效性，在这些测量工作完成之后，用后期数据处理软件处理所测数据，由此便可以获得地下介质的电导率值、电性分层、厚度变化、电性体形状和掩埋深度甚至地下电性结构特征等有关的信息。

在本发明的一个实施例中，脉冲电流为双极性的脉冲电流，双极性的电流脉冲源主要由H桥（H桥）电路产生，H桥（H桥）功率逆变电路由四个功率场效应管组成的。

在本发明的一个实施例中，在发射机中设置信号的检测模块，初步对信号进行检测。检测模块中使用的检测方法可为：假设在无激励磁场和有激励磁场两种情况下的信号，分别记为s0(t)和s1(t)。因为无磁场激励，所以s0(t)=0。用H0和H1表示这两种假设。无论是哪种信号，观测信号中的噪声都是n(t)，噪声与信号是相加的关系。用x(t)表示观测信号，观测模型可以表示为：

H0:x(t)=s0(t)+n(t)；

H1:x(t)=s1(t)+n(t)；

二元假设问题就是根据观测得到的数据来判断H0假设为真还是H1假设为真，即判断信号源输出的是s0(t)还是s1(t)。

若只进行一次观测，即一维观测空间的情况，则观测模型可表示为：

H0:x=s0+n；

H1:x=s1+n；

其中，s0和s1代表两个已知的常数（假设s1>s0）；n代表噪声，为随机变量。

显然观测值x是随机变量。现在要根据x的值来判断是H0成立还是H1成立。判决的方法是将观测值x与某一个门限值λ0进行比较，若x>λ0判决为H1成立，否则判决H0成立。

对于多次观测的情况，观测值用观测矢量x=(x1,x2，...xn)T来表示，x可以看作是N维观测空间的一个点。判决问题就是把全部观测空间划分为两个部分D0和D1，当观测值落入D0区间时，判决H0为真，落入D1区间时，判决H1为真。

正确的判决为：

H0为真判为H0；H1为真判为H1；

错误的判决为：

H0为真判为H1；H1为真判为H0。

显然，不论是单次观测还是多次观测，判决会产生以上四种结果。由于观测噪声的存在，显然无论如何选择判决门限都无法完全避免错误判决的发生。信号检测理论的宗旨就是通过对观测值进行适当的处理以及选择合适的判决门限，使错误判决的情况法身的可能性最小或者由错误判决所引起的后果定义的某种指标达到最优。

在本发明的一个实施例中，功率驱动电路分别与可编程逻辑（CPLD）控制芯片和功率逆变器连接，功率驱动电路接收可编程逻辑（CPLD）控制芯片发出的驱动信号，并根据该驱动信号驱动功率逆变器进行逆变。功率驱动电路是瞬变电磁发射机的重要组成部分，功率驱动电路性能的好坏直接影响着整个发射机的性能。设计性能优异的驱动电路，可使功率逆变器在在恰当的工作状态工作，缩短导通时间，降低导通功耗，对发射机的安全性、可靠性和运行效率都有重要的影响。而且，对功率逆变器或者整个发射机的相应保护措施都从驱动电路开始做起，也可以利用驱动电路来完成，这更突出了驱动电路的重要性。在设计驱动电路的过程中，要考虑驱动电路能够满足输出信号必须满足对驱动波形的要求，也应当具有一定推动能力。

在本发明的各实施例中，优选地，所述信号发射器包括发射线圈；

和/或，

所述信号采集器包括采集线圈；

和/或，

所述主控器包括去噪模块和交流/直流（A/D）信号转换模块，所述去噪模块分别与所述信号采集器和所述模拟/数字（A/D）信号转换模块连接，所述模拟/数字（A/D）信号转换模块连接至所述检测模块，以对所述去噪处理后的所述探测数据进行模拟/数字（A/D）转换后将该探测数据发送至所述检测模块；

和/或，

所述的电磁探测仪的发射机进一步包括：存储模块，其与所述信号采集器连接，以对所述探测数据进行存储；

和/或，

所述的电磁探测仪的发射机进一步包括：警报器，其与所述检测模块连接，当所述发射机的发射功率增加至最大值且检测到所述探测数据仍为无效时，所述警报器发出警报以更换探测的目标。

在本发明的一个实施例中，使用发射线圈作为信号发射器，向探测目标发射波形信号，优选地，为方波信号。

在本发明的一个实施例中，可对应地使用采集线圈作为信号采集器，以接收探测目标反射回的波形信号，优选地，为方波信号。

在本发明的一个实施例中，可调节发射线圈和/或采集线圈的长度。其中，在保证一定的探测深度的前提下，往往都使用最小的发射线圈边长。由于增大发射线圈发射回线和边长，将会有效地增强信号的强度，同时可以使有效信号所持续的时间延长，进而可以使探测深度加大。但是上述参数的增大给野外工作增加了很大的难度，同时使体积效应影响增强，而使横向分辨率降低了。此外，增大发射线圈的边长，不仅使有效的信号强度增大了，同时干扰信号的强度夜被增大了。所以，在保证一定的探测深度的前提下，往往都使用最小的发射线圈边长。利用同点装置进行探测，能够探测到埋深相当于回线边长2倍的良导体。因而，利用同点探测装置时，应该取发射线圈边长大约0.5倍探测深度。利用框-回线探测装置时，发射回线的边长应该等于或者略大于将要探测的深度值。其中，采集线圈的长度调节与发射线圈类似。

在本发明的一个实施例中，采集线圈采集到的探测数据中含有噪声，对信号检测分析带来了很大困难，因此要对其先进行去噪。去噪的目的在于使信号处理中损失的分量中噪声的成分尽可能大，而有用信息不受损失或损失尽可能小，使信号得到较好重构。

常规的应用于电磁信号中的去噪方法有以下几种：

1.三点指数逼近非线性平滑去噪法。瞬变电磁信号单向衰减特性和导电地质体感应出的二次场信号晚期呈指数衰减特性。忽略少数奇异点对信号的影响，此方法能够对密集均匀采样的瞬变电磁信号数据去噪。

2.浮动阈值去噪方法。无论是瞬变电磁二次场信号还是其他信号，它们的性质可以用它们的小波性质来描述。小波系数与信号能量成正比，以此为依据，作为衡量小波系数在信号中的权重大小，并以信号能量为判据的浮动域值作为甄别受到噪声污染的小波系数，人们提出了浮动阈值去噪方法。

3.小波系数极大值线去噪方法。根据噪声与信号具有不同的Lipschitz指数，以及它们的小波系数极大模的幅值随尺度变化表现出不同的特性，人们又提出了小波系数极大值线去噪的方法。

4.正交小波包变换。小波包分解过程实质上就是通过一组低、高通组合的共扼正交滤波器，不断地将信号分割到不同的频带上，滤波器组每起作用一次，数据点数减半。

5.二次场信号的去噪方法。

在本发明的一个实施例中，经过去噪处理后的探测数据需要进行模拟/数字（A/D）转换，将电磁信号转换为数字信号，便于对探测数据进行检测。对去噪后经过A/D转换的数据结果进行检测，检测在瞬变电磁信号中是否有尖峰和突变。根据此检测结果来判断当次探测作业结果是否包含有效的地质信息，从而做出相应的处理动作。

在本发明的一个实施例中，信号采集器中还进一步设置了存储模块。采集线圈将采集到的探测数据分别存储在存储模块中，并同时发送至检测模块。存储模块用于对有效的探测数据进行存储。

在本发明的一个实施例中，还设置了警报器。当检测到探测数据无效时，提高发射机发射探测信号的发射功率，而当发射机的发射功率已提高至最大值时，检测到探测数据仍无效，则由警报器发出警报，提示操作人员更换探测目标。

在本发明的各实施例中，优选地，所述的电磁探测仪的发射机进一步包括：

匹配系统，其包括阻尼电阻，该阻尼电阻与所述采集线圈连接，以使所述采集线圈在临界阻尼状态工作。

在本发明的一个实施例中，随着采集线圈的阻尼系数ζ的增大，冲激响应曲线上升时间延长，导致系统响应速度减慢，截止频率降低，幅值变小。从而使采集线圈的低频特性变得明显，曲线趋于平缓。而当阻尼系数ζ越小，检测系统的冲激响应曲线上升时间越短，截止频率越大，系统的响应速度越快，幅值越大，曲线变化越剧烈，采集线圈的高频特性越明显。阶跃响应与冲激响应曲线在系统处于临界阻尼（ζ=1）状态时，采集线圈的工作状态最优，没有振荡，信号衰减适中，幅值中等，仪器的灵敏度很高，通带截止频率处于拐点处。电磁探测仪的发射机的采集线圈受阻尼系数的影响是不可忽略的。在实际应用中，可为采集线圈连接包括阻尼电阻的匹配系统，以使用阻尼电阻来改变采集线圈的阻尼系数大小，优选地，调至临界阻尼状态。

在本发明的各实施例中，优选地，所述逻辑电路包括可编程逻辑（CPLD）控制芯片，该可编程逻辑（CPLD）控制芯片包括分频模块和信号控制模块，所述信号控制模块根据所述分频模块发出所述驱动信号；

和/或，

所述功率逆变电路包括一个或多个功率逆变器，其中，当所述功率逆变电路包括多个所述功率逆变器时，多个所述功率逆变器并联连接。

在本发明的一个实施例中，逻辑电路使用可编程逻辑（CPLD）控制芯片，可编程逻辑（CPLD）控制芯片是发射机的神经中枢，不仅具有实时性的硬件结构，还具有可编程性，组网通信的功能强大，人机界面良好，能够进行仿真，所以设计电路的灵活性得到增强。可编程逻辑（CPLD）控制芯片的主要工作是与接收机确定同步；通过信号控制模块产生驱动信号；并且处理电路中检测电路的结果（根据探测数据的有效或无效进行相应处理），以保护发射机。可编程逻辑（CPLD）控制芯片还包括分频模块，以负责对时钟信号进行分频处理，检测发射电流大小，并做出保护动作，输出指定要求的驱动信号。

在本发明的一个实施例中，电磁探测仪的发射机在不同的环境下，根据需求可以跟多台接收机联机工作。为了兼顾此功能且提高系统性能，在发射机中设置同步校验模块，优选地，同步校验模块设置在主控器的可编程逻辑（CPLD）控制芯片中。同步校验模块用于将发射机测信号采集器采集到的探测数据与接收机接收到的探测数据进行同步校验，以保证探测数据的有效性。发射机与接收机之间的同步信号采用线同步或全球定位系统（GPS）同步两种工作方式。当探测仪只与一台接收机配合工作时，可采用线同步方式；当探测仪与多台接收机联机工作时，或者发射机与接收机距离较远时，采用GPS同步方式。

在本发明的一个实施例中，CPLD部分用Verilog–HDL语言编程实现信号分频、过流保护、输出双路驱动信号、实现自适应功率驱动等，并且对发射机进行自检。发射机从供电开始检测每一个模块的工作状态，包括供电电压、逻辑信号等。如遇到工作不正常的情况，报警提示工作人员进行检查；如正常工作，则显示工作时的电流、电压、工作方式等相关信息。两路驱动信号驱动功率逆变器，例如H桥电路工作，使其输出预定的方波信号，对其调整方波宽度以及使几路功率逆变器并联，例如将几路H桥并联，可以调整提高发射机的发射功率。

在本发明的各实施例中，优选地，所述检测模块、所述去噪模块、所述模拟/数字（A/D）信号转换模块中的一种或多种集成在微处理器（MCU）上。

在本发明的一个实施例中，将检测模块、去噪模块、模拟/数字（A/D）信号转换模块中的一种或多种集成在微处理器（MCU）上，可简化本发明的发射机的结构。

在本发明的各实施例中，优选地，所述功率逆变电路包括一个或多个功率逆变器，其分别与所述驱动电路和所述发射线圈连接，所述驱动电路根据所述驱动信号驱动所述功率逆变器进行逆变，所述功率逆变器通过进行所述逆变以调节所述发射线圈向目标发射的信号的占空比。其中，当所述功率逆变电路包括多个所述功率逆变器时，多个所述功率逆变器并联连接。

在本发明的各实施例中，优选地，所述功率逆变器为全桥逆变器，逆变效果更佳。当多个全桥逆变器并联时，能够更大程度地提高发射机的发射功率。

在本发明的一个实施例中，功率逆变器为一个或多个，优选地，将多个功率逆变器并联，可有效增大发射机的功率。优选地，功率逆变器选择全桥逆变器，例如为H桥（H桥），其工作的性能更优。驱动电路驱动H桥（H桥）中场效应管的导通与关断的信号。

在如图1所示的本发明的实施例中，开始工作后，发射机通过发射线圈101以初始的发射功率（通常人为根据经验设定）向目标发射信号，由采集线圈102采集目标对发射信号反射回的探测数据，并将该探测数据发送至微处理器MCU103，微处理器MCU103中包括检测模块，MCU依次对探测数据进行去噪、A/D转换、检测，MCU将检测结果发送至可编程逻辑（CPLD）控制芯片105处。（1）其中，当探测数据有效时，CPLD向H桥驱动电路106发出降低发出的信号的占空比，即降低发射机的发射功率的驱动信号，H桥驱动电路106驱动H桥107进行功率逆变，从而降低发射线圈101发出的发射信号的占空比。重复发射、检测、驱动、功率逆变，直至第n次发射后检测到探测数据为有效，第n+1次发射后检测到探测数据为无效时，将第n次发射信号的发射机的功率作为发射机的最小有效功率。（2）其中，当探测数据无效时，CPLD向H桥驱动电路106发出提高发出的信号的占空比，即提高发射机的发射功率的驱动信号，H桥驱动电路106驱动H桥107进行功率逆变，从而提高发射线圈101发出的发射信号的占空比。重复发射、检测、驱动、功率逆变，直至第n次发射后检测到探测数据为无效，第n+1次发射后检测到探测数据为有效时，将第n+1次发射信号的发射机的功率作为发射机的有效功率。在提高发射机的发射功率时，还可将多个H桥107并联使用，以进一步提高发射机的发射功率。应当注意的是，当发射信号的占空比已提高到阈值，多个H桥107也并联使用时，仍未检测到有效数据，则由警报器104发出警报，更换探测目标。

本发明还提供了一种电磁探测仪的发射机的发射方法，包括：

以初始的发射功率向目标发射探测信号；

采集目标对所述探测信号反射回的探测数据；

检测所述探测数据为有效或无效；

当探测数据为有效时，逐步降低发射探测信号的发射功率，直至确定能接收到有效探测数据的最小功率；当探测数据为无效时，逐步增加发射探测信号的发射功率，直至确定能接收到有效探测数据的最小功率；

以该最小功率向目标发射探测信号。

在本发明的一个实施例中，初始的发射功率可由人为根据经验预先设定，比如选择一个在通用地形中都可检测到探测数据的发射功率。

在本发明的各实施例中，优选地，所述逐步降低发射探测信号的发射功率，直至确定能接收到有效探测数据的最小功率包括：减小发射机向目标发出的所述探测信号的占空比的值，并检测接收到的探测数据是否为有效，如果有效，继续减小所述占空比的值，直至检测到探测数据为无效时，将最后一次接收到有效探测数据所使用的发射功率确定为所述最小功率；

和/或，

所述逐步增加发射探测信号的发射功率，直至确定能接收到有效探测数据的最小功率包括：增加发射机向目标发出的所述探测信号的占空比的值，并检测接收到的探测数据是否为有效，如果无效，继续增加所述占空比的值，直至检测到探测数据为有效时，将首次接收到有效探测数据所使用的发射机确定为所述最小功率。

在本发明的各实施例中，优选地，所述逐步增加发射探测信号的发射功率包括：通过全桥逆变器并联的方式增加发射探测信号的发射功率。

在本发明的一个实施例中，降低发射机的发射功率可通过减小发射机向目标发出的所述探测信号的占空比的值来实现。同样地，增加发射机的发射功率可通过增加发射机向目标发出的所述探测信号的占空比的值来实现。

在本发明的一个实施例中，还可通过将全桥逆变器并联的方式增加发射探测信号的发射功率。全桥逆变器并联的方式可以和增加发射机向目标发出的所述探测信号的占空比的值搭配使用，进一步调节发射机的发射功率。

在本发明的各实施例中，优选地，所述逐步降低为：每次降低后发射的探测信号的占空比的值为上一次的0.5倍；

和/或，

所述逐步增加为：每次增加后发射的探测信号的占空比的值为上一次的2倍。

在本发明的一个实施例中，逐步降低可包括逐步减小CPLD的工作频率，比如减小至0.5倍，即将每次降低后发射的探测信号的占空比的值为上一次的0.5倍。同样地，逐步增加可包括逐步增大CPLD的工作频率，比如增大至2倍，即将每次增加后发射的探测信号的占空比的值为上一次的2倍。

在本发明的各实施例中，优选地，所述的电磁探测仪的发射机的发射方法进一步包括：当发射功率已增加至最大值，探测数据仍为无效时，发出警报，并更换探测的目标。

如图2所示的本发明的一个实施例中，发射机的发射方法包括：

步骤201：开始工作后，以初始的发射功率向目标发射探测信号；

步骤202：采集经目标反射回的探测数据；

步骤203：检测探测数据是否为有效；

步骤204：检测到探测数据有效；

步骤205：通过降低发射信号的占空比来降低发射机的发射功率，并返回至步骤201；

步骤206：逐步降低发射机的发射功率，当第n次发射信号并检测到此次发射得到的探测数据有效，第n+1次发射信号并检测到此次发射得到的探测数据无效时；

步骤207：存储第n次发射信号得到的探测数据。

其中，步骤207也可重新使用第n次发射信号的发射功率对目标发射探测信号。

如图3所示的本发明的一个实施例中，发射机的发射方法包括：

步骤301：开始工作后，以初始的发射功率向目标发射探测信号；

步骤302：采集经目标反射回的探测数据；

步骤303：检测探测数据是否为有效；

步骤304：检测到探测数据无效；

步骤305：通过增加发射信号的占空比来增加发射机的发射功率，并返回至步骤301；

步骤306：当第n次发射信号并检测到此次发射得到的探测数据无效，第n+1次发射信号并检测到此次发射得到的探测数据有效时；

步骤307：存储第n+1次发射信号得到的探测数据；

其中，步骤307也可重新使用第n+1次发射信号的发射功率对目标发射探测信号；

步骤308：当发射信号的占空比提高至阈值时仍未检测到探测数据有效；

步骤309：报警，并提示操作人员更换探测目标。

在本发明的一个实施例中，电磁探测仪的发射系统利用瞬变电磁探测技术，在主控器的控制下，选择发射信号波形，并通过检测模块返回的探测结果自适应调整发射功率，最终提示当次的探测结果是否有效。本发明可使用一台发射机与多台接收机组合工作，并通过逻辑电路中的同步校验模块将发射机的信号采集器采集到的数据与接收机接收的数据进行同步校验，保证数据的有效性。与其他类型的探测设备相比，本系统具有操作简便，电路简单，功率自适应，抗干扰能力强，并加入检测模块对探测结果进行初步检测。

本文所设计的多功能功率自适应的瞬变电磁发射机系统实现了以大电流、短关断时间发射电流信号的功能，并通过检测二次场来自适应调整发射功率，为方便、灵活不同情况下的探测作业提供了可行性方案。

通过本发明的各实施例提供的电磁探测仪的发射机及其发射方法，能够带来以下至少一种有益效果：

1.能够预先检测采集到的探测数据的有效性，节省探测时间，节省资源。本发明的各实施例提供的电磁探测仪的发射机及其发射方法，能够通过发射机中的信号采集器对探测数据进行预先采集，并通过主控器中的检测模块检测探测数据的有效性。当检测到探测数据有效时，可发送至电磁探测仪的主控系统对探测数据进行后期处理。上述探测过程能够节省探测时间，节省资源。

2.能够将发射机的功率自动调节至最小有效功率，不仅能够采集到有效信号，同时还可节省电能。发射机开始工作后，第一次发射以预定的发射功率进行发射，当检测模块检测到第一次发射后采集到的探测数据有效时，主控器中的逻辑电路向驱动电路发送驱动信号，驱动电路通过驱动功率逆变器进行逆变，降低发射机发射的信号的占空比，即降低发射机的发射功率，直至第n次检测到的探测数据有效且第n+1次检测到的探测数据无效时，使用第n次发射信号的功率为发射机的最小有效功率。发射机的功率越大越耗电，特别是在野外工作时，使用蓄电池提供电力，使用本发明提供的电磁探测仪的发射机，能够在采集到有效信号的基础上节省电能，为探测仪提供更长的探测时间。

3.能够预先检测到数据无效，并及时更换探测目标，节省探测时间，提高探测效率。发射机开始工作后，第一次发射以预定的发射功率进行发射，当检测模块检测到第一次发射后采集到的探测数据无效时，主控器中的逻辑电路向驱动电路发送驱动信号，驱动电路通过驱动功率逆变器进行逆变，提高发射机发射的信号的占空比，即提高发射机的发射功率，直至第n次检测到的探测数据无效且第n+1次检测到的探测数据有效时，使用第n+1次发射信号的功率为发射机的有效功率。当将发射机发射的信号的占空比提高至阈值时，检测探测数据仍无效，则发出警报，更换探测目标。通过对探测数据的预先检测，能够有效保证采集到的探测数据的有效性，节省了探测时间，提高了探测效率。

本发明提供的各种实施例可根据需要以任意方式相互组合，通过这种组合得到的技术方案，也在本发明的范围内。

显然，本领域技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电磁探测仪的发射机，其特征在于，包括：

信号发射器，其用于向目标发射探测信号；

信号采集器，其用于采集所述目标对所述探测信号反射回的探测数据；

主控器，其包括检测模块和逻辑电路，所述检测模块与所述信号采集器连接并接收所述信号采集器发送的所述探测数据，以检测所述探测数据为有效或无效；所述逻辑电路与所述检测模块连接，当所述探测数据为有效时所述逻辑电路发出降低发射所述探测信号的发射功率的驱动信号，当所述探测数据为无效时所述逻辑电路发出增加发射所述探测信号的发射功率的驱动信号；

功率驱动电路，其与所述逻辑电路连接并接收所述驱动信号；

功率逆变电路，其分别与所述驱动电路和所述信号发射器连接，所述功率逆变电路根据所述驱动信号调节所述信号发射器的发射所述探测信号的功率。

2.如权利要求1所述的电磁探测仪的发射机，其特征在于，

所述信号发射器包括发射线圈；

和/或，

所述信号采集器包括采集线圈；

和/或，

所述主控器包括去噪模块和模拟/数字（A/D）信号转换模块，所述去噪模块分别与所述信号采集器和所述模拟/数字（A/D）信号转换模块连接，所述模拟/数字（A/D）信号转换模块连接至所述检测模块，以对所述去噪处理后的所述探测数据进行模拟/数字（A/D）转换后将该探测数据发送至所述检测模块；

和/或，

所述的电磁探测仪的发射机进一步包括：存储模块，其与所述信号采集器连接，以对所述探测数据进行存储；

和/或，

所述的电磁探测仪的发射机进一步包括：警报器，其与所述检测模块连接，当所述发射机的发射功率增加至最大值且检测到所述探测数据仍为无效时，所述警报器发出警报以更换探测的目标。

3.如权利要求2所述的电磁探测仪的发射机，其特征在于，进一步包括：

匹配系统，其包括阻尼电阻，该阻尼电阻与所述采集线圈连接，以使所述采集线圈在临界阻尼状态工作。

4.如权利要求1所述的电磁探测仪的发射机，其特征在于，

所述逻辑电路包括可编程逻辑（CPLD）控制芯片，该可编程逻辑（CPLD）控制芯片包括分频模块和信号控制模块，所述信号控制模块根据所述分频模块发出所述驱动信号；

和/或，

所述功率逆变电路包括一个或多个功率逆变器，其中，当所述功率逆变电路包括多个所述功率逆变器时，多个所述功率逆变器并联连接。

5.如权利要求4所述的电磁探测仪的发射机，其特征在于，

所述可编程逻辑（CPLD）控制芯片进一步包括同步校验模块，该同步校验模块与外部的接收机连接，以将所述探测数据与所述接收机接收的数据进行同步校验；

和/或，

所述功率逆变器为全桥逆变器。

6.一种电磁探测仪的发射机的发射方法，其特征在于，包括：

以初始的发射功率向目标发射探测信号；

采集目标对所述探测信号反射回的探测数据；

检测所述探测数据为有效或无效；

当探测数据为有效时，逐步降低发射探测信号的发射功率，直至确定能接收到有效探测数据的最小功率；当探测数据为无效时，逐步增加发射探测信号的发射功率，直至确定能接收到有效探测数据的最小功率；

以该最小功率向目标发射探测信号。

7.如权利要求6所述的电磁探测仪的发射机的发射方法，其特征在于，

所述逐步降低发射探测信号的发射功率，直至确定能接收到有效探测数据的最小功率包括：减小发射机向目标发出的所述探测信号的占空比的值，并检测接收到的探测数据是否为有效，如果有效，继续减小所述占空比的值，直至检测到探测数据为无效时，将最后一次接收到有效探测数据所使用的发射功率确定为所述最小功率；

和/或，

所述逐步增加发射探测信号的发射功率，直至确定能接收到有效探测数据的最小功率包括：增加发射机向目标发出的所述探测信号的占空比的值，并检测接收到的探测数据是否为有效，如果无效，继续增加所述占空比的值，直至检测到探测数据为有效时，将首次接收到有效探测数据所使用的发射机确定为所述最小功率。

8.如权利要求7所述的电磁探测仪的发射机的发射方法，其特征在于，

所述逐步降低为：每次降低后发射的探测信号的占空比的值为上一次的0.5倍；

和/或，

所述逐步增加为：每次增加后发射的探测信号的占空比的值为上一次的2倍。

9.如权利要求6所述的电磁探测仪的发射机的发射方法，其特征在于，

所述逐步增加发射探测信号的发射功率包括：通过全桥逆变器并联的方式增加发射探测信号的发射功率。

10.如权利要求6-9任一项所述的电磁探测仪的发射机的发射方法，其特征在于，进一步包括：

当发射功率已增加至最大值，探测数据仍为无效时，发出警报，并更换探测的目标。

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