CN106802430B - 一种交错布设的电磁发射机系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种交错布设的电磁发射机系统，第一H逆变桥及第二逆变桥的左桥臂与第一电极相连接，第二H逆变桥的左桥臂与第二电极相连接；第三H逆变桥的右桥臂与第三电极相连接，第四H逆变桥的右桥臂与第四电极相连接；第一H逆变桥的右桥臂通过第一电阻与所述第三H逆变桥的左桥臂相连接，第二H逆变桥的右桥臂通过第二电阻与所述第四逆变桥的左桥臂相连接，第一H逆变桥分别通过第一二极管及第二二极管与第三H逆变桥相连接，所述第二H逆变桥分别通过第三二极管及第四二极管与第四H逆变桥相连接；还包括控制模块。本发明有效提高了其高频发射电流。

Description

一种交错布设的电磁发射机系统及控制方法
技术领域
本发明涉及探测技术领域，特别涉及一种交错布设的电磁发射机系统及控制方法。
背景技术
可控源电磁法勘探用发射机是通过供电电极线，向接入大地中的电极注入交变电流的一种装置，它通常包括柴油发电机1、AC/DC模块2、发射模块3，以及供电线4和供电电极5，如图1所示。
对于电磁法勘探而言，发射机两个供电电极5的极距可以达到数公里，那么供电4线上的寄生参数就必然对发射波形产生一定的影响。由于供电线分布于发射机两侧，所以供电线的寄生电容通常较小，可以忽略不计；供电线通常是导电能力很强的金属材质，所以，其电阻通常也很小，可以忽略；影响发射机发射电流的主要是供电线的寄生电感的作用，由于电感具有阻碍电流变化的作用，所以，寄生电感将导致发射电流在交变的过程中，变化变慢，在发射高频信号时，导致发射的有效电流减小，发射功率降低，接收机获得的信号较弱，从而收发距不能够增大，到了低频区，较小的收发距，很容易使得接收机进入了近场区，使得后续的数据处理时需要做近场校正，不仅增加了一个校正工序，同时也由于校正而带来了数据误差。同时，传统发射机利用提高发射电压来提高发射电流的方法效果非常有限，AB电极距较大的条件下，甚至看不出有提高发射高频电流的能力，同时，太高的发射电压，给仪器的研制上带来了很多问题，比如，器件的电压应力，电流应力都会变得异常的大，仪器的复杂度也增加了。而且，较小的收发距离，也限制了野外施工的效率，增加了野外施工的工作量。因此对于电磁法发射机而言，发射高频大电流是一直期待解决的问题。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中电磁法发射机不能有效进行大发射极距条件下高频大电流发射的技术问题，提供一种交错布设的电磁发射机系统，有效提高了大发射极距高频发射电流。
本发明的实施例提供一种交错布设的电磁发射机系统，所述电磁发射机系统包括第一发射机、第二发射机、第一电极、第二电极、第三电极及第四电极；
所述第一发射机具有第一H逆变桥及第二H逆变桥，所述第二发射机具有第三H逆变桥及第四H逆变桥；
所述第一H逆变桥的左桥臂通过供电线与第一电极相连接，所述第二H逆变桥的左桥臂通过供电线与第二电极相连接；
所述第三H逆变桥的右桥臂通过供电线与第三电极相连接，所述第四H逆变桥的右桥臂通过供电线与第四电极相连接；
所述第一H逆变桥的右桥臂通过第一电阻与所述第三H逆变桥的左桥臂相连接，所述第二H逆变桥的右桥臂通过第二电阻与所述第四逆变桥的左桥臂相连接，所述第一H逆变桥左下与右下的两个开关管连接处分别通过第一二极管及第二二极管与第三H逆变桥左下和右下的两个开关管连接处相连接，所述第二H逆变桥左下与右下的两个开关管连接处分别通过第三二极管及第四二极管与第四H逆变桥左下和右下的两个开关管连接处相连接，其中第一二极管与第二二极管的极性相反，第三二极管与第四二极管的极性相反；
还包括控制模块，所述控制模块用于控制每个H逆变桥按照同一种模式工作。
优选地，所述工作模式包括，
第一种工作模式：每个H逆变桥的左上桥臂与右下桥臂同时导通，左下桥臂与右上桥臂同时关断；
第二种工作模式：每个H逆变桥的左下桥臂与右上桥臂同时导通，左上桥臂与右下桥臂同时关断；
第三种工作模式：每个H逆变桥的桥臂都关断。
优选地，所述第一发射机还包括依次电连接的第一柴油发电机、第一AC/DC整流模块及第一发射模块；所述第二发射机还包括依次电连接的第二柴油发电机、第二AC/DC整流模块及第二发射模块；
所述第一发射模块具有所述第一H逆变桥及第二H逆变桥，所述第二发射模块具有所述第三H逆变桥及第四H逆变桥。
优选地，所述第一AC/DC整流模块包括第一不可控整流桥模块，及与所述第一不可控整流桥模块相连接的第一PWM DC/DC变换器，所述第一PWM DC/DC变换器输出两个独立的隔离电压分别用于给所述第一H逆变桥及第二H逆变桥供电。
优选地，所述第二AC/DC整流模块包括第二不可控整流桥模块，及与所述第二不可控整流桥模块相连接的第二PWM DC/DC变换器，所述第二PWM DC/DC变换器输出两个独立的隔离电压分别用于给所述第三H逆变桥及第四H逆变桥供电。
优选地，所述开关管为MOSFET或IGBT。
本发明的实施例还提供一种上述交错布设的电磁发射机系统的控制方法，所述控制方法包括：
控制每个H逆变桥的左上桥臂与右下桥臂同时导通，左下桥臂与右上桥臂同时关断，给所述第一电极与第三电极和/或第二电极与第四电极同时供电工作；
控制每个H逆变桥的左下桥臂与右上桥臂同时导通，左上桥臂与右下桥臂同时关断，给所述第二电极与第四电极和/或第一电极与第三电极同时供电工作；
控制每个H逆变桥的桥臂都关断，第一电极、第二电极、第三电极及第四电极停止工作。
优选地，控制对应桥臂导通或关断的具体方法为：
控制模块控制发出同一方波控制信号，控制所述对应桥臂上的开关管导通或关断。
优选地，所述开光管为MOSFET或IGBT。
优选地，针对每个电极，满足其中，R0为对应电极的等效接地电阻，L为对应单根电极供电线的电感，f为对应电极的发射频率。
本发明的实施例提供的一种交错布设的电磁发射机系统，通过设置四个H逆变桥交错驱动第一电极、第二电极、第三电极及第四电极的工作，通过控制H逆变桥按照同一种模式工作，不仅避开了供电线电感的作用，而且还令供电线的电感在系统中发挥作用，有效减小了电流的上升时间，从而在发射高频的时候，有效提高了其高频发射电流。
附图说明
图1为现有技术中的电磁发射机系统结构示意图；
图2为本发明一种实施例的交错布设的电磁发射机系统的电路结构示意图；
图3为本发明一种实施例的交错布设的电磁发射机系统与现有技术中的电磁发射机系统的发射电流波形图。
图中，11-第一柴油发电机；12-第一不可控整流桥模块；13-第一PWM DC/DC变换器；21-第二柴油发电机；22-第二不可控整流桥模块；23-第二PWM DC/DC变换器；31-第一发射模块；32-第二发射模块；41-第一电极；42-第二电极；43-第三电极；44-第四电极；311-第一H逆变桥；312-第二H逆变桥；321-第三H逆变桥；322-第四H逆变桥。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图2所示，本发明的实施例提供一种交错布设的电磁发射机系统，所述交错布设的电磁发射机系统包括第一发射机、第二发射机、第一电极41、第二电极42、第三电极43及第四电极44；
所述第一发射机具有第一H逆变桥311及第二H逆变桥312，所述第二发射机具有第三H逆变桥321及第四H逆变桥322；
所述第一H逆变桥311的左桥臂通过供电线与第一电极41相连接，所述第二H逆变桥312的左桥臂通过供电线与第二电极42相连接；
所述第三H逆变桥321的右桥臂通过供电线与第三电极43相连接，所述第四H逆变桥322的右桥臂通过供电线与第四电极44相连接；
所述第一H逆变桥311的右桥臂通过第一电阻R1与所述第三H逆变器321的左桥臂相连接，所述第二H逆变桥312的右桥臂通过第二电阻R2与所述第四H逆变桥322的左桥臂相连接，所述第一H逆变桥311左下与右下的两个开关管连接处(低电平位置)分别通过第一二极管D1和第二二极管D2与第三H逆变桥321左下和右下的两个开关管连接处(低电平位置)相连接，所述第二H逆变桥312左下与右下的两个开关管连接处(低电平位置)分别通过第三二极管D3和第四二极管D4与第四H逆变桥322左下和右下的两个开关管连接处(低电平位置)相连接，其中第一二极管D1与第二二极管D2的极性相反，第三二极管D3与第四二极管D4的极性相反。即第一H逆变桥311的低电平位置分别连接第一二极管D1的正极端、第二二极管D2的负极端，第三H逆变桥321的低电平位置分别连接第一二极管D1的负极端、第二二极管D2的正极端，同样，第二H逆变桥312的低电平位置分别连接第三二极管D3的正极端、第四二极管D4的负极端，第四H逆变桥322的低电平位置分别连接第三二极管D3的负极端、第四二极管D4的正极端。所述二极管可以采用快速恢复二极管或者肖特基二极管。
所述电磁发射机系统还包括控制模块(图中未示出)，所述控制模块用于控制每个H逆变桥按照同一种模式工作。
本实施例中，距离第一发射机左边某一个极距的地方放置所述第一电极41了，在第一发射机旁边放置所述第二电极42，在第二发射机旁边放置所述第三电极43，在距离第二发射机右边某一个极距的地方放置所述第四电极44。具体的极距可以根据实际情况进行设定。
本实施例中所述的工作模式包括：每个H逆变桥的左上桥臂与右下桥臂导通，左下桥臂与右上桥臂关闭；每个H逆变桥的左上桥臂与右下桥臂关闭，左下桥臂与右上桥臂导通；每个H逆变桥的左上桥臂、左下桥臂、右上桥臂及右下桥臂都关断等模式。
进一步地，所述第一发射机还包括依次电连接的第一柴油发电机11、第一AC/DC整流模块及第一发射模块31；所述第二发射机还包括依次电连接的第二柴油发电机21、第二AC/DC整流模块22及第二发射模块23；
所述第一发射模块31具有所述第一H逆变桥311及第二H逆变桥312，所述第二发射模块32具有所述第三H逆变桥321及第四H逆变桥322。
所述第一AC/DC整流模块包括第一不可控整流桥模块12及与所述第一不可控整流桥模块12相连接的第一PWM DC/DC变换器13，所述第一PWM DC/DC变换器13输出两个独立的隔离电压Ua1、Ub1分别用于给所述第一H逆变桥311及第二H逆变器312供电。
所述第二AC/DC整流模块包括第二不可控整流桥模块22及与所述第二不可控整流桥模块22相连接的第二PWM DC/DC变换器23，所述第二PWM DC/DC变换器23输出两个独立的隔离电压Ua2、Ub2分别用于给所述第三H逆变桥321及第四H逆变桥322供电。
本发明上述实施例中所述的交错布设的电磁发射机系统，利用同步技术，只要确保两个发射机发射桥臂的工作模态是一致的，那么这个双发射机系统就可以很好地工作起来。这种双发射机的施工结构，不仅避开了供电线电感的作用，而且还令供电线的电感在系统中发挥作用，对减小电流的上升时间具有贡献，从而确保了在发射高频的时候，具有更高的发射电流。
下面将描述本发明上述实施例的交错布设的电磁发射机系统的控制方法，所述控制方法包括：
控制每个H逆变桥的左上桥臂与右下桥臂同时导通，左下桥臂与右上桥臂同时关断，给所述第一电极与第三电极和/或第二电极与第四电极同时供电工作；
控制每个H逆变桥的左下桥臂与右上桥臂同时导通，左上桥臂与右下桥臂同时关断，给所述第二电极与第四电极和/或第一电极与第三电极同时供电工作；
控制每个H逆变桥的桥臂都关断，第一电极、第二电极、第三电极及第四电极停止工作。
具体地，结合图2所示，柴油发电机发出220V/50Hz三相电Va、Vb、Vc给系统提供能源，三相电通过不可控整流桥获得一个直流电压U，该直流电压U通过PWM DC/DC变换器获得两个独立的隔离电压Ua、Ub，Ua、Ub通过两组H逆变桥给电极供电，这里假设第一H逆变桥311的供电电压为Ua1，第二H逆变桥312的供电电压为Ub1，第三H逆变桥321的供电电压为Ua2，第四H逆变桥322的供电电压为Ub2。同时，这四个H逆变桥共用一组驱动信号，确保两组逆变桥的对应桥臂及开关管的开关动作一致。本实施例中，优选地，控制对应桥臂工作的方式为：控制模块控制发出同一方波控制信号，控制所述对应桥臂上的开关管导通或关断。
这里以每个H逆变桥的右上桥臂及左下桥臂的开关管导通，右下桥臂及左上桥臂的开关管关断为列进行说明，其中，所述第二发射机的第一个电压Ua2的通电回路为：Ua2正→第三H逆变桥右上桥开关管S2c→第三电极43→第一电极41→第一H逆变桥左下桥臂开关管S3a→第一二极管D1→Ua2负；所述第一发射机的第一个电压Ua1的通电回路为：Ua1正→第一H逆变桥右上桥臂开关管S2a→第一电阻R1→第三H逆变桥左下桥臂开关管S3c→第二二极管D2→Ua1负。第二发射机的第二个电压Ub2的通电回路为：Ub2正→第四H逆变桥右上桥臂开关管S2d→第四电极44→第二电极42→第二H逆变桥左下桥臂开关管S3b→第三二极管D3→Ub2负；第一发射机的第二个电压Ub1的通电回路为：Ub1正→第二H逆变桥右上桥臂开关管S2b→第二电阻R2→第四H逆变桥左下桥臂开关管S3d→第四二极管D4→Ub1负。
作为本发明上述实施例的进一步改进，当每个电极的等效接地电阻R0于对应的电极的供电线阻抗L满足时，电极的高频发射电流峰值可以大于低频发射电流，并且实现与双电极发射相同功率条件下获得更强的电偶极子，接收信号强度得到有效提高。
本发明实施例采用的是两组独立电平发射模块，也可以采用多组独立电平模块来实现更多电极的交错布设，可以根据实际情况进行确定。
为了说明本发明的交错布设的电磁发射机系统提高高频发射电流的能力，与图1中传统的单发射机做一个对比试验。设Ua1、Ub1、Ua2及Ub2都为300V，每对等效接地电阻都为30Ω，第一电阻R1及第二电阻R2＝0Ω，第一电极41和第二电极42距离单根供电线的等效电感总为0.5mH，第二电极42和第三电极43距离单根供电线的等效电感总为1mH，第三电极43和第四电极44距离单根供电线的等效电感总为0.5mH，发射频率为10KHz，传统发射机的两个电极设置为电极A和电极B，发射电压为600V，其发射电流与本发明交错布设的电磁发射机发射电流波形如图3所示。
从图3可以看出，交错布设的电磁发射机系统的输出电流明显高于传统发射机系统，传统发射机的发射峰值电流为7A，交错布设的电磁发射机系统输出高达19A。
因此，本发明上述实施例的交错布设的电磁发射机系统大大提高了高频发射电流，有效增加了收发距，提高了野外施工的效率，同时提高了接收机接受到信号的强度，可以获取更加可靠质量的数据，而且有效降低了器件的电压应力，大大降低了电磁发射机的研发难度，提高了仪器的可靠性与稳定性。
上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和某一个实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种交错布设的电磁发射机系统，其特征在于：所述电磁发射机系统包括第一发射机、第二发射机、第一电极、第二电极、第三电极及第四电极；
所述第一发射机具有第一H逆变桥及第二H逆变桥，所述第二发射机具有第三H逆变桥及第四H逆变桥；
所述第一H逆变桥的左桥臂通过供电线与第一电极相连接，所述第二H逆变桥的左桥臂通过供电线与第二电极相连接；
所述第三H逆变桥的右桥臂通过供电线与第三电极相连接，所述第四H逆变桥的右桥臂通过供电线与第四电极相连接；
所述第一H逆变桥的右桥臂通过第一电阻与所述第三H逆变桥的左桥臂相连接，所述第二H逆变桥的右桥臂通过第二电阻与所述第四H逆变桥的左桥臂相连接，所述第一H逆变桥左下与右下的两个开关管连接处分别通过第一二极管及第二二极管与第三H逆变桥左下和右下的两个开关管连接处相连接，所述第二H逆变桥左下与右下的两个开关管连接处分别通过第三二极管及第四二极管与第四H逆变桥左下和右下的两个开关管连接处相连接，其中第一二极管与第二二极管的极性相反，第三二极管与第四二极管的极性相反；
还包括控制模块，所述控制模块用于控制每个H逆变桥按照同一种模式工作。
2.根据权利要求1所述的电磁发射机系统，其特征在于：工作模式包括，
第一种工作模式：每个H逆变桥的左上桥臂与右下桥臂同时导通，左下桥臂与右上桥臂同时关断；
第二种工作模式：每个H逆变桥的左下桥臂与右上桥臂同时导通，左上桥臂与右下桥臂同时关断；
第三种工作模式：每个H逆变桥的桥臂都关断。
3.根据权利要求2所述的电磁发射机系统，其特征在于：所述第一发射机还包括依次电连接的第一柴油发电机、第一AC/DC整流模块及第一发射模块；所述第二发射机还包括依次电连接的第二柴油发电机、第二AC/DC整流模块及第二发射模块；
所述第一发射模块具有所述第一H逆变桥及第二H逆变桥，所述第二发射模块具有所述第三H逆变桥及第四H逆变桥。
4.根据权利要求3所述的电磁发射机系统，其特征在于：所述第一AC/DC整流模块包括第一不可控整流桥模块，及与所述第一不可控整流桥模块相连接的第一PWM DC/DC变换器，所述第一PWM DC/DC变换器输出两个独立的隔离电压分别用于给所述第一H逆变桥及第二H逆变桥供电。
5.根据权利要求3所述的电磁发射机系统，其特征在于：所述第二AC/DC整流模块包括第二不可控整流桥模块，及与所述第二不可控整流桥模块相连接的第二PWM DC/DC变换器，所述第二PWM DC/DC变换器输出两个独立的隔离电压分别用于给所述第三H逆变桥及第四H逆变桥供电。
6.根据权利要求1所述的电磁发射机系统，其特征在于：所述开关管为MOSFET或者IGBT。
7.一种如权利要求1所述的交错布设的电磁发射机系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括：
控制每个H逆变桥的左上桥臂与右下桥臂同时导通，左下桥臂与右上桥臂同时关断，给所述第一电极与第三电极和/或第二电极与第四电极同时供电工作；
控制每个H逆变桥的左下桥臂与右上桥臂同时导通，左上桥臂与右下桥臂同时关断，给所述第二电极与第四电极和/或第一电极与第三电极同时供电工作；
控制每个H逆变桥的桥臂都关断，第一电极、第二电极、第三电极及第四电极停止工作。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：控制对应桥臂导通或关断的具体方法为：
控制模块控制发出同一方波控制信号，控制所述对应桥臂上的开关管导通或关断。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：所述开关管为MOSFET或者IGBT。
10.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：针对每个电极，满足其中，R0为对应电极的等效接地电阻，L为对应单根电极供电线的电感，f为对应电极的发射频率。
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