CN107979300A - 双极性梯形电流的大磁矩发射机及其电流产生方法 - Google Patents

双极性梯形电流的大磁矩发射机及其电流产生方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双极性梯形电流的大磁矩发射机及其电流产生方法，涉及航空瞬变电磁勘探技术领域。本发明所述的发射机包括：梯形电流恒压钳位电路、电流过冲抑制电路、发射机主控电路等部分，本发明通过基于无源恒压钳位方法的梯形电流恒压钳位电路，实现了电流下降沿快速线性关断，同时电流上升沿快速线性提升，从而形成双极性梯形电流；另外，结合电流过冲抑制电路的设计，对阻尼电阻作用时间进行控制，能够有效消除电流尾部振荡；最后，本发明基于所述的发射机提出了一种双极性梯形电流产生方法，对于进一步提高发射电流波形的质量，提升航空瞬变电磁勘探系统的探测性能具有十分重要的应用意义。

Description

双极性梯形电流的大磁矩发射机及其电流产生方法
技术领域
本发明涉及航空瞬变电磁勘探技术领域，尤其涉及一种双极性梯形电流的大磁矩发射机及其电流产生方法。
背景技术
航空瞬变电磁勘探系统是探测电性异常矿体尤其是金属矿的重要手段之一，具有低成本、速度快、通行性好的特点，可用于地表植被、沙漠等覆盖区的靶区优选与资源快速评价，可实现大面积矿产资源快速勘查，其飞行搭载平台主要包括固定翼飞机和直升机。航空瞬变电磁方法是一种建立在电磁感应基础上的时间域人工源电磁探测方法。通过悬吊在飞机下方的多匝线圈向地下发送脉冲电流，产生一次脉冲磁场(一次场)，在一次场激励下，矿体内部形成涡旋电流，并向上辐射携带矿体电性信息的感应电磁场(二次场)，安装在吊舱内的接收线圈将检测到二次磁场并通过电缆传输至飞行平台搭载的多通道接收机，通过数据处理与反演可获得地下矿体的电性特征和分布信息。
高达数百安培的大电流发射机是航空瞬变电磁勘探系统的核心部分，其发射功率大小、电流关断特性、以及电流重复频率等关键技术参数，直接决定了系统的探测深度及探测精度。航空瞬变电磁系统常见发射电流波形包括方波、三角波，以及半正弦波，其中方波是最常用的一种。本发明涉及的双极性梯形波是方波的一种，其特点是分为上升沿线性变化段、平稳段，以及下降沿线性变化段的梯形变化电流。
理想的瞬变电磁方法零关断电流在现实中是不存在的，基于非零关断的瞬变电磁理论模型，要求方波发射电流下降沿保持高度线性，即斜坡电流。航空瞬变电磁系统的发射回线为多匝线圈，具有电感大，电阻小的特点。由于电感具有阻碍电流变化的特性，发射机输出波形的上升沿电流不能立即升高，而是以指数规律缓慢上升，与此同时，在发射机输出波形的下降沿，电流不能立即为零，而是以指数规律缓慢下降，不满足斜坡电流要求。而且，当下降沿电流衰减为零时，由于电路中寄生电容的存在，电流在下降为零后还会发生振荡，形成电流过冲。
针对航空瞬变电磁系统多匝发射线圈为强感性负载的特点，航空瞬变电磁法要求发射电流具有以下特性：1)电流上升段，在数毫秒的时间内达到数百安培的峰值电流，上升沿必须进行快速提升；2)电流平稳段，电流在数毫秒时间内保持电流稳定不变；3)电流下降段，在数微秒时间内实现电流下降沿快速、线性下降；4)电流过冲段，由于电路寄生参数的影响，电流关断为零后还会出现阻尼振荡形成电流过冲，必须对电流过冲进行有效抑制。
现有的航空电磁系统产生方波电流发射方法包括：1)上升沿一般不进行提升，让其指数上升；下降沿进行提升，采用传统的RCD电路、RC电路、耗能型准谐振电路，可以在一定程度上减小关断时间，且电流下降沿的晚期线性度较好；2)利用电容对电流下降沿泄放的能量进行储能，使电流下降沿按照指数特性下降，将电容储能在电流上升沿进行泄放，提升电流上升沿；3)利用阻尼电阻可以对电流过冲进行抑制，但是一般直接并联在发射线圈两端，全时段工作，导致阻尼电阻发射严重。所以结合现有阶段航空瞬变电磁系统发射机的现状，针对该系统对发射机的上述技术要求，提出一种大磁矩双极性梯形电流的发射机及其电流产生方法，对有效提高系统的技术水平和勘探能力具有十分重要的意义。
发明内容
(一)要解决的技术问题
航空瞬变电磁勘探系统中传统的波形电流发射机和电流产生方法存在如下技术缺陷：1)在发射线圈等效电感较大的情况下，若要实现发射电流要求高达数百安培的要求，耗时相当长，如需数百毫秒才能达到电流峰值，即电流上升沿无法进行快速提升；通过电容储能的方式虽然可以有效提高电流的上升时间，但发射电流下降沿是呈指数缓慢下降；2)电流过冲抑制电路的阻尼电阻全时段并联在发射线圈两端，会增加发射机的功耗，不符合航空瞬变电磁系统能量高效利用的要求。
(二)技术方案
针对上述的技术问题，本发明的提供一种用于航空瞬变电磁系统双极性梯形电流的大磁矩发射机及其电流产生方法，以期实现数百安培的大电流发射，同时达到电流下降沿快速线性下降的要求，实现大磁矩发射以及大深度探测的目的。
为达到上述目的，本发明提出了一种双极性梯形电流发射机：
所述的发射机包括H逆变桥电路，用于双极性电流的产生；其中最关键的是所述的发射机还包括梯形电流恒压钳位电路，所述的梯形电流恒压钳位电路与H逆变桥电路并联，用于控制发射机的恒压稳定，以及双极性电流的上升沿线性上升和下降沿线性下降，以形成双极性梯形电流。
所述的梯形电流恒压钳位电路包括电容组和稳压二极管串联组，所述的电容组和稳压二极管串联组反向并联，使得所述发射机达到恒压稳定的效果。
所述梯形电流恒压钳位电路还包括IGBT功率开关，用于控制双极性电流的上升沿线性上升和下降沿线性下降，以形成双极性梯形电流。
所述的发射机还包括：电流过冲抑制电路，用于以抑制双极性梯形电流过冲并消除其尾部振荡，提高双极性梯形电流的下降沿线性度。
所述的电流过冲抑制电路包括正半周期电流过冲抑制电路和负半周期电流过冲抑制电路，其各由一个IGBT功率开关和一个功率电阻组成，分别用于抑制正半周期双极性梯形电流和负半周期双极性梯形电流尾部出现的双极性梯形电流过冲。
所述的电流过冲抑制电路具备第一阻尼电阻RD1和第二阻尼电阻RD2，通过控制阻尼电阻的作用时间控制正半周期电流过冲抑制电路和负半周期电流过冲抑制电路的交替运作，以达到最优的双极性梯形电流过冲抑制效果。
其中发射机还包括发射机主控电路，用于为双极性梯形电流的产生、上升沿提升以及抑制双极性梯形电流过冲提供时序逻辑。
所述的IGBT驱动电路由IGBT驱动芯片搭建而成，其输入端与所述的发射机主控电路的输出端相连，其输出端与H逆变桥电路中的多个IGBT功率开关及梯形电流恒压钳位电路中的IGBT功率开关相连，能够对各IGBT功率开关的导通和截止状态进行有效控制。
所述的发射机还包括电流检测电路，用于将双极性梯形电流信号转换为对应比例的电压信号进行实时检测并记录检测数据。
除此之外，本发明还提出了一种双极性梯形电流产生方法，其基于权利要求前述中所述的双极性梯形电流发射机，其中，首先采用H逆变桥电路产生双极性电流；然后采用梯形电流恒压钳位电路控制双极性电流的上升沿线性上升和下降沿线性下降，产生双极性梯形电流。其中，本方法采用电流过冲抑制电路对所述的双极性梯形电流进行过冲抑制。
(三)有益效果
本发明通过梯形电流恒压钳位电路基于无源恒压钳位技术，将电流下降沿泄放的能量存储在恒压钳位电路上，可实现发射电流下降沿快速线性下降；同时将其中一部分能量回馈给发射电流上升过程，使电流上升沿快速线性上升，可在强感性负载条件下，实现几百安培的大电流输出，为实现发射大磁矩以及大探测深度提供了技术前提；另外，本发明提供的电流过冲抑制电路，通过对阻尼电阻的作用时间进行控制，有效消除了电流尾部的振荡，减少了发射机功耗，提高了发射电流波形的质量以及探测数据的后期处理效果。
附图说明
图1是航空瞬变电磁发射机主电路结构框图；
图2是双极性梯形电流发射机主拓扑电路原理图；
图3是双极性梯形电流产生电路逻辑控制信号示意图；
图4是双极性梯形电流产生过程波形图。
其中，
图1：1-1是直流电源，1-2是H逆变桥电路，1-3是梯形电流恒压钳位电路，1-4是电流过冲抑制电路，1-5是IGBT驱动电路，1-6是电流检测电路；1-7是发射机主控电路；
图2：Z1\Z2\Z3\Z4\Z5是稳压二极管，C1\C2\C3是电容组，Q1\Q2\Q3\Q4\Q5是IGBT功率开关，T1\T2是IGBT功率开关，RD1第一阻尼电阻，RD2是第二阻尼电阻，H1是霍尔电流传感器，D1是隔离二极管，loop是发射线圈，L是发射线圈loop的等效电感，RL是发射线圈loop的等效电阻，US是直流电源；
图3：S1是Q1/Q4控制信号，S2是Q2/Q3控制信号，S3是Q5控制信号，S4是T2控制信号，S5是T1控制信号，S6是发射电流波形；
图4：S是发射电流产生瞬态过程，W是发射电流产生稳态过程。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
针对所要解决的技术问题，本发明提出了一种双极性梯形电流发射机，并给出了一个应用于航空瞬变电磁发射系统双极性梯形电流发射机的具体实施例：
如图1，所述的双极性梯形电流发射机组成部分具体包括：直流电源1-1、H逆变桥电路1-2、梯形电流恒压钳位电路1-3、电流过冲抑制电路1-4、IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)驱动电路1-5、电流检测电路1-6、发射机主控电路1-7。
其中，所述的直流电源1-1，可由飞行平台发电机或蓄电池串联组成。
其中，所述的发射机H逆变桥电路1-2为4个IGBT功率开关组成的全桥电路。通过控制IGBT功率开关实现双极性电流的产生。
其中，所述的梯形电流恒压钳位电路1-3，采用无源恒压钳位方法，由多个大功率稳压二极管串联，与电容组并联共同组成。
其中，所述的电流过冲抑制电路1-4，分为正半周期电流过冲抑制电路和负半周期过冲抑制电路，各由一个IGBT功率开关和一个功率电阻组成。当发射电流过零时，为电感提供能量泄放通路，将发射线圈等效电感上的电流过冲通过电阻快速消耗掉，实现消除电流波形尾部振荡的目的。
其中所述的IGBT功率开关是一种新型复合功率开关，为全控开关器件。
其中，所述的发射机主控电路1-7为发射机的控制核心，为双极性发射电流的产生，电流上升沿提升，以及过冲抑制提供时序逻辑，其功能是控制梯形电流的幅度、脉冲重复频率，电流上升沿以及控制电流过冲抑制电路1-4的作用时间，实现最佳的电流尾部振荡消除效果。
其中，所述的IGBT驱动电路1-5由IGBT驱动芯片搭建而成，其输入端与主控电路的输出端相连，其输出端与IGBT相连，其主要作用是将发射机主控电路1-7输出的控制信号转换为驱动能力更强的IGBT控制信号，并实现发射机主控电路1-7与IGBT之间的电气隔离。
其中，所述的电流检测电路1-6以霍尔电流传感器为基础，将电流信号转换为对应比例的电压信号进行实时检测。
本发明涉及的航空瞬变电磁发射机系统，其技术核心是双极性梯形电流产生技术。所以，本发明还提出了一种基于上述双极性梯形电流发射机的双极性梯形电流产生方法，给出了一个应用于航空瞬变电磁发射系统的双极性梯形电流产生方法的具体实施例：
双极性梯形电流发射机主拓扑电路如图2所示，主要包括：直流电源1-1US、发射线圈loop、霍尔电流传感器H1、H逆变桥电路1-2、梯形电流恒压钳位电路1-3、电流过冲抑制电路1-4组成。
其中，所述的电源US为直流电源1-1，可由飞行平台发电机或多节蓄电池组成。
其中，所述的发射线圈loop由发射线圈loop等效电感L和发射线圈loop等效电阻RL组成。
其中，所述霍尔电流传感器H1为电流检测电路的核心器件，将电流信号转换为对应比例的电压信号，然后进行实时检测。
其中，所述的发射机H逆变桥电路1-2由4个IGBT功率开关Q1、Q2、Q3、Q4组成，通过控制IGBT的导通与截止，产生符合重复频率要求的双极性梯形电流波形。
其中，所述的梯形电流恒压钳位电路1-3由电容组C1、C2、C3以及反向并联在电容组两端的稳压二极管串联组Z1、Z2、Z3、Z4、Z5组成，对应的稳压值为UZ。
其中，所述的电流过冲抑制电路1-4，由RL、L、T1、T2、RD1、RD2组成，通过控制T1和T2的导通与截止，对电流过冲进行有效抑制。
发射机主控电路1-7是双极性梯形电流发射机的控制核心，主要产生如图3所示的逻辑控制信号。图中所示的第一路信号S1控制Q1，Q4的导通时刻，第二路信号S2控制Q2，Q3的导通时刻。第三路信号S3控制Q5的导通时刻，当电流上升沿到来时，Q5开始导通；第四路信号S4控制T2的导通时刻，当正向电流控制开关Q1，Q4截止时，T2开始导通；第五信号S5控制T1的导通时刻，当负向电流控制开关Q2，Q3截止时时，T1开始导通。
在主控电路的时序控制下，双极性梯形电流产生过程如图4所示，主要分为瞬态过程和稳态过程，其中双极性梯形电流瞬态描述如下：
步骤1：电源US供电，当控制信号S1触发Q1，Q4导通时，电源US通过D1、Q1、RL，L，Q4构成回路，由于发射线圈等效电感L的作用，电流呈指数规律缓慢上升。此过程中，Q2、Q3、Q5均处于截止状态。
步骤2：当控制信号S1触发Q1，Q4截止时，Q5仍然处于截止状态，在Q1、Q4关断瞬间，发射线圈作为感性负载，电流的急剧变化使线圈两端产生很高的感应电压，使Q5的反向并联体二极管正向导通。此时，发射线圈中存储的能量通过功率开关Q5的反向并联体二极管向电容组C1、C2、C3泄放，使电容两端电压升高至UC，此时，由于电容电压UC小于UZ时，稳压二极管不起作用，发射电流呈指数规律缓慢关断。
步骤3：为了抑制电流过冲，在S1触发Q1、Q4关断瞬间时刻，同时控制信号S4触发T2导通，过冲抑制回路由RL、L、T2、RD2组成，当电流衰减为零时，发射线圈中存储的剩余能量全部被阻尼电阻RD2消耗，可以有效抑制电流尾部出现的振荡电流。
至此，正半周期瞬态电流产生过程结束，下述为负半周期瞬态电流产生过程。
步骤4：当控制信号S2触发Q2，Q3导通时，与此同时，控制信号S3触发Q5导通。此时，由于电容电压UC小于UZ，稳压二极管不起稳压作用，但UC远大于电源电压US，隔离二极管D1不导通，电容组C1、C2、C3为发射机H逆变桥电路1-2供电，由于发射线圈等效电感L的作用，发射电流呈指数规律上升。当控制信号S3触发Q5截止时，电容组C1、C2、C3停止放电，电源电压US开始为发射机H逆变桥电路1-2供电，电流呈指数规律继续上升。
步骤5：当控制信号S2触发Q2、Q3截止时，Q5仍然处于截止状态，在Q2、Q3关断瞬间，由于发射线圈等效电感L的作用，电流的急剧变化使线圈两端产生很高的感应电压，使Q5的反向并联体二极管正向导通。此时，发射线圈loop中的能量通过功率开关Q5的反向并联体二极管向电容组C1、C2、C3泄放，使电容两端电压UC进一步升高，此时，由于电容电压UC依然小于UZ，稳压二极管不起作用，发射电流呈指数规律关断。
步骤6：为了抑制电流过冲，在S2触发Q2、Q3关断瞬间时刻，同时控制信号S5触发T2导通，电流过冲抑制电路1-4由RL、L、T2、RD2组成，当电流衰减为零时，发射线圈loop中存储的剩余能量全部被阻尼电阻RD1消耗，可以有效抑制电流尾部出现的振荡电流。
至此，负半周期电流产生过程结束。整个瞬态过程持续多个周期后，当电容组电压UC不断升高，当UC达到稳压二极管的钳位电压UZ值时，发射机进入恒压钳位工作状态，即进入发射电流稳态。
双极性梯形电流稳态过程描述如下：
步骤1：当控制信号S1触发Q1，Q4导通时，与此同时，控制信号S3触发Q5导通。由于梯形电流恒压钳位电路1-3的恒定电压UZ高达数百伏，远大于电源电压US，隔离二极管D1不导通，此时，梯形电流恒压钳位电路1-3为发射机供电，并保持电压恒定不变。根据电感两端感应电压与电流变化的数学公式UZ＝L×(dI/dt)，此时，发射电流快速线性上升，很快达到稳定值。此时，控制信号S3触发Q5截止，梯形电流恒压钳位电路1-3停止放电，隔离二极管D1，电源电压US开始为发射机供电，进入稳定电流状态。
步骤2：当控制信号S1触发Q1，Q4截止时，Q5仍然处于截止状态，在Q1、Q4关断瞬间，发射线圈loop作为感性负载，电流的急剧变化使线圈两端产生很高的感应电压，使Q5反向并联体二极管正向导通。此时，发射线圈中存储的能量通过功率开关Q5反向并联体二极管向恒压钳位电路进行泄放。在电流下降沿期间，发射线圈loop两端电压被钳位为稳定电压UZ该电压值高达数百伏且恒定不变。根据感性负载的感应电压与电流变化的数学关系UZ＝L×(dI/dt)，当电感两端电压恒定时，流过电感的电流呈线性变化快速关断，且恒定电压UZ越高，电流变化越快。
步骤3：当电流衰减为零时，发射线圈loop中存储的能量全部转移到梯形电流恒压钳位电路1-3中。由于电路中寄生电容的存在，电流在下降为零后，还会发生寄生振荡，形成电流过冲。为了抑制电流过冲，在电流衰减为零时刻，控制信号S4触发T2导通，电流过冲抑制电路1-4由RL、L、T2、RD2组成，可以有效抑制电流尾部出现的振荡电流。
至此，正半周期电流产生过程结束。下述为负半周期电流产生过程。
步骤4：当控制信号S2触发Q2，Q3导通时，与此同时，控制信号S3触发Q5导通。由于梯形电流恒压钳位电路1-3的恒定电压UZ高达数百伏，远大于电源电压US，隔离二极管D1不导通，此时，梯形电流恒压钳位电路1-3为发射机供电。根据电感两端感应电压与电流变化的数学公式UZ＝L×(dI/dt)，此时，发射电流快速线性上升，很快达到稳定值。此时，控制信号S3触发Q5截止，梯形电流恒压钳位电路1-3停止放电，电源电压US开始为发射机供电，进入稳定电流状态。
步骤5：当控制信号S2触发Q2，Q3截止时，Q5仍然处于截止状态，在Q2、Q3关断瞬间，发射线圈作为感性负载，电流的急剧变化使线圈两端产生很高的感应电压，使Q5反向并联体二极管正向导通。此时，发射线圈中存储的能量通过功率开关Q5反向并联体二极管向梯形电流恒压钳位电路1-3进行泄放。在电流下降沿期间，发射线圈两端电压被钳位为稳定电压UZ，该电压值高达数百伏且恒定不变。根据感性负载的感应电压与电流变化的数学关系UZ＝L×(dI/dt)，当电感两端电压恒定时，流过电感的电流呈线性变化快速关断，且恒定电压UZ越高，电流变化越快。
步骤6：当电流衰减为零时，发射线圈loop中存储的能量全部转移到梯形电流恒压钳位电路1-3中。由于电路中寄生电容的存在，电流在下降为零后，还会发生寄生振荡，形成电流过冲。为了抑制电流过冲，在电流衰减为零时刻，控制信号S5触发T1导通，电流过冲抑制回路1-4由RL、L、T1、RD1组成，可以有效抑制电流尾部出现的振荡电流。
至此，负半周期电流产生过程结束。
之后，发射机重复双极性梯形电流稳态过程步骤1至步骤6，在发射线圈loop上产生周期的双极性梯形电流脉冲信号。
此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：
(1)H逆变桥电路1-2中的IGBT功率开关可以由大功率可控硅替换；
(2)梯形电流恒压钳位电路1-3对恒定电压的设置，可以根据实际的需要对钳位二极管个数和电容并联个数进行简单调整；
(3)电流过冲抑制电路1-4的阻尼电阻RD1和RD2，可以根据实际的需要对阻值进行调整，可以获得最优化的电流过冲抑制效果。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种双极性梯形电流发射机，包括H逆变桥电路，用于双极性电流的产生；
其特征在于，还包括梯形电流恒压钳位电路，所述的梯形电流恒压钳位电路与所述H逆变桥电路并联，用于控制所述发射机的恒压稳定，以及双极性电流的上升沿线性上升和下降沿线性下降，以形成双极性梯形电流。
2.根据权利要求1所述的双极性梯形电流发射机，其特征在于，所述的梯形电流恒压钳位电路包括电容组和稳压二极管串联组，所述的电容组和稳压二极管串联组反向并联，使得所述发射机达到恒压稳定的效果。
3.根据权利要求2所述的双极性梯形电流发射机，其特征在于，所述梯形电流恒压钳位电路还包括IGBT功率开关，用于控制双极性电流的上升沿线性上升和下降沿线性下降，以形成双极性梯形电流。
4.根据权利要求1所述的双极性梯形电流发射机，其特征在于，所述的发射机还包括：电流过冲抑制电路，用于以抑制双极性梯形电流过冲并消除其尾部振荡，提高双极性梯形电流的下降沿线性度。
5.根据权利要求4所述的双极性梯形电流发射机，其特征在于，所述的电流过冲抑制电路包括正半周期电流过冲抑制电路和负半周期电流过冲抑制电路，其各由一个IGBT功率开关和一个功率电阻组成，分别用于抑制正半周期双极性梯形电流和负半周期双极性梯形电流尾部出现的电流过冲。
6.根据权利要求5所述的双极性梯形电流发射机，其特征在于，所述的电流过冲抑制电路具备第一阻尼电阻和第二阻尼电阻，通过控制阻尼电阻的作用时间控制正半周期电流过冲抑制电路和负半周期电流过冲抑制电路的交替运作。
7.根据权利要求1所述的双极性梯形电流发射机，其特征在于，还包括发射机主控电路，用于为双极性梯形电流的产生、上升沿提升以及抑制双极性梯形电流过冲提供时序逻辑。
8.根据权利要求1所述的双极性梯形电流发射机，其特征在于，所述的IGBT驱动电路由IGBT驱动芯片搭建而成，其输入端与所述的发射机主控电路的输出端相连，其输出端与H逆变桥电路中的多个IGBT功率开关及梯形电流恒压钳位电路中的IGBT功率开关相连，能够对各IGBT功率开关的导通和截止状态进行有效控制。
9.根据权利要求1所述的双极性梯形电流发射机，其特征在于，还包括电流检测电路，用于将双极性梯形电流信号转换为对应比例的电压信号进行实时检测并记录检测数据。
10.一种双极性梯形电流产生方法，其基于权利要求1至8中任一项所述的双极性梯形电流发射机，其特征在于，包括：
首先，采用H逆变桥电路产生双极性电流；
然后，采用梯形电流恒压钳位电路控制双极性电流的上升沿线性上升和下降沿线性下降，产生双极性梯形电流。
11.根据权利要求10所述的双极性梯形电流产生方法，其特征在于，采用电流过冲抑制电路对所述的双极性梯形电流进行过冲抑制。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110323960A (zh) * 2019-07-10 2019-10-11 中国科学院电子学研究所 伪随机编码磁性源脉冲发射机及其电流产生方法
CN111123371A (zh) * 2019-12-26 2020-05-08 吉林大学 一种高质量发射波形的拖曳式电磁探测装置及探测方法
CN112578466A (zh) * 2020-12-08 2021-03-30 重庆璀陆探测技术有限公司 瞬变电磁发射机馈能型恒压双钳位电路及其控制方法
CN113866835A (zh) * 2021-11-10 2021-12-31 吉林大学 一种时域三波形组合的电磁发射系统及控制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040027129A1 (en) * 1999-01-13 2004-02-12 Rock Solid Research Pty. Ltd. Subsurface pipeline inspection probe
CN104407391A (zh) * 2014-12-05 2015-03-11 吉林大学 磁性源非调制式发射机及控制方法
CN104682763A (zh) * 2015-03-10 2015-06-03 中国科学院电子学研究所 馈能恒压钳位高速关断方法和装置
CN104953884A (zh) * 2015-07-14 2015-09-30 中国科学院电子学研究所 全航空瞬变电磁系统双极性半正弦电流产生装置和方法
CN105743385A (zh) * 2016-04-26 2016-07-06 吉林大学 一种瞬变电磁发射机电流波形整形电路
CN105911600A (zh) * 2016-05-15 2016-08-31 吉林大学 隧道瞬变电磁重叠回线接收线圈的匹配电路

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040027129A1 (en) * 1999-01-13 2004-02-12 Rock Solid Research Pty. Ltd. Subsurface pipeline inspection probe
CN104407391A (zh) * 2014-12-05 2015-03-11 吉林大学 磁性源非调制式发射机及控制方法
CN104682763A (zh) * 2015-03-10 2015-06-03 中国科学院电子学研究所 馈能恒压钳位高速关断方法和装置
CN104953884A (zh) * 2015-07-14 2015-09-30 中国科学院电子学研究所 全航空瞬变电磁系统双极性半正弦电流产生装置和方法
CN105743385A (zh) * 2016-04-26 2016-07-06 吉林大学 一种瞬变电磁发射机电流波形整形电路
CN105911600A (zh) * 2016-05-15 2016-08-31 吉林大学 隧道瞬变电磁重叠回线接收线圈的匹配电路

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李俊唐: ""瞬变电磁单极性梯形脉冲电流源的研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》 *
赵海涛 等: ""恒压钳位高速关断瞬变电磁发射系统"", 《仪器仪表学报》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110323960A (zh) * 2019-07-10 2019-10-11 中国科学院电子学研究所 伪随机编码磁性源脉冲发射机及其电流产生方法
CN110323960B (zh) * 2019-07-10 2020-12-25 中国科学院电子学研究所 伪随机编码磁性源脉冲发射机及其电流产生方法
CN111123371A (zh) * 2019-12-26 2020-05-08 吉林大学 一种高质量发射波形的拖曳式电磁探测装置及探测方法
CN112578466A (zh) * 2020-12-08 2021-03-30 重庆璀陆探测技术有限公司 瞬变电磁发射机馈能型恒压双钳位电路及其控制方法
CN113866835A (zh) * 2021-11-10 2021-12-31 吉林大学 一种时域三波形组合的电磁发射系统及控制方法

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