CN110865413A - 海洋可控源电磁探测系统发射机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种海洋可控源电磁探测系统发射机及其控制方法，包括：低压直流电源；上升沿钳位电源，用于产生上升沿钳位电压；自动切换电路，与所述低压直流电源和上升沿钳位电源相连，用于在低压直流电源与上升沿钳位电源之间做切换；IGBT全桥逆变电路，产生双极性电流脉冲；控制器，与所述IGBT全桥逆变电路相连，用于产生逻辑控制信号；下降沿钳位电源，与所述IGBT全桥逆变电路相连，在IGBT全桥逆变电路中的功率开关关断瞬间，对电流脉冲下降沿高压钳位；以及发射负载，与所述下降沿钳位电源相连，用于发出低频电磁场；所述发生机对电流脉冲波形的上升沿和下降沿均进行恒定高压钳位整形。

Description

海洋可控源电磁探测系统发射机及其控制方法

技术领域

本公开涉及海洋电磁法探测、大功率发射机技术领域，尤其涉及一种海洋可控源电磁探测系统发射机及其控制方法。

背景技术

海洋可控源电磁法(Marine controlled source electromagnetic method，简写为MCSEM)是20世纪80年代提出的一种用来探测海底高阻值油气资源的电磁法，广泛用于海洋地球物理探测。其工作原理为拖曳发射源偶极子在海底表面激励低频电磁场信号，信号在海底与海水中传播，并激励出与介质电导率密切相关的二次场，通过对二次场幅值、相位等信息的研究，从而推测出海底地层信息。近年来，在海洋地质探测以及油气、可燃冰等资源探测领域，海洋可控源电磁法已成为中流砥柱，同时也推动着其应用领域进一步拓展。大电流脉冲发射源是海洋可控源电磁探测系统的核心部分，其发射电流峰值要求高达几百到几千安培，电流幅度极高，对电流脉冲产生电路及其方法要求异常苛刻。海洋可控源电流脉冲发射机负载一般为接触海水的长导线电偶极源，可等效为电阻和电感串联的发射负载。由于电感具有阻碍电流变化的特性，导致发射机输出电流上升沿无法迅速提升至千安培量级，只能以指数规律缓慢上升；并且，发射电流下降沿同样以指数规律缓慢下降为零，且线性度差。由于电路中寄生参数的存在，当下降沿电流下降为零后还会发生振荡。因此，基于海洋可控源电磁发射系统负载特性，如果不对电流脉冲进行整形，就不能满足海洋可控源电磁探测系统对电流快速、线性关断的应用要求。

常用且有效的电流关断整形方法为恒压钳位技术，该技术通过恒定高压对电流脉冲的下降沿进行钳位，从而提升电流的衰减速度。但是，传统的恒压钳位为恒压单钳位技术，只对电流下降沿进行钳位，实现下降沿电流快速、线性关断，而不对电流上升沿进行钳位，因此，电流上升沿仍会呈指数规律缓慢上升。

可控源海洋电磁发射系统不仅要求电流幅值大，同时要求脉冲重复频率高。针对发射系统的需求，电流脉冲下降沿必须快速、线性衰减，同时要求电流上升沿快速、线性提升，在较短时间内达到千安培量级的峰值。否则，在脉冲波形占空比有限的条件下，电流上升沿按照指数规律上升速度缓慢，占用时间长，电流脉冲在有限的时间内无法达到电流峰值，更无法实现高重频脉冲发射，导致发射电流发生畸变，得到的电流数据存在明显误差。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种海洋可控源电磁探测系统发射机及其控制方法，以缓解现有技术中海洋电磁发射系统的脉冲波形占空比有限的条件下，电流上升沿按照指数规律上升速度缓慢，占用时间长，电流脉冲在有限的时间内无法达到电流峰值，更无法实现高重频脉冲发射，导致发射电流发生畸变，得到的电流数据存在明显误差等技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种海洋可控源电磁探测系统发射机，包括：

低压直流电源；

上升沿钳位电源，用于产生上升沿钳位电压；

自动切换电路，与所述低压直流电源和上升沿钳位电源相连，用于在低压直流电源与上升沿钳位电源之间做切换；

IGBT全桥逆变电路，产生双极性电流脉冲；

控制器，与所述IGBT全桥逆变电路相连，用于产生逻辑控制信号；

下降沿钳位电源，与所述IGBT全桥逆变电路相连，在IGBT全桥逆变电路中的功率开关关断瞬间，对电流脉冲下降沿高压钳位；以及

发射负载，与所述下降沿钳位电源相连，用于发出低频电磁场。

在本公开实施例中，所述自动切换电路包括：功率开关，快恢复二极管，比较器，以及霍尔电流传感器。

在本公开实施例中，其中通过霍尔电流传感器精准测量当前电路中的电流值，反馈回比较器电压值；通过与预设电压比较，配合功率开关的通断，进而准确在低压直流电源与上升沿高压钳位电源之间做切换，使电流脉冲上升沿快速、线性提升至预设值。

在本公开实施例中，快恢复二极管防止上升沿钳位电源倒灌回低压直流电源中，保护低压直流电源稳定工作。

在本公开实施例中，所述控制器，包括：

FPGA控制器，用于产生PWM时序逻辑控制信号；

IGBT驱动电路，与所述FPGA控制器相连，将所述控制信号转换为驱动能力更强的IGBT功率开关控制信号，并实现FPGA控制器与IGBT全桥逆变电路中功率开关之间的电气隔离。

在本公开实施例中，所述的上升沿钳位电源包括：单向二极管，高电压钳位电源，以及充电电容。

在本公开实施例中，所述下降沿钳位电源，包括：单向二极管，高电压钳位直流电源，充电电容，以及吸收电阻；在IGBT全桥逆变电路中的功率开关关断瞬间，下降沿钳位电源对下降沿高压钳位，加速脉冲电流线性下降。

在本公开实施例中，所述发射负载，为接触海水的长导线电偶极源，可视为电感与电阻串联组成的发射负载。

在本公开实施例中，所述的海洋可控源电磁探测系统发射机，还包括：

阻尼吸收电路，与所述发射负载相连，包括吸收电阻与两路功率开关，用于吸收IGBT全桥逆变电路和发射负载中的振荡电流；消除电流脉冲下降为0时的振铃现象，使电流脉冲完全线性下降。

本公开的另一方面，还提供一种海洋可控源电磁探测系统发射机控制方法，用于控制以上任一项所述的海洋可控源电磁探测系统发射机工作，所述海洋可控源电磁探测系统发射机控制方法，包括：

T1阶段：通过上升沿钳位电源为电流脉冲快速、线性上升提供恒定钳位高压，配合自动切换电路，保证上升沿钳位电源能在T1阶段始末精准接入或接出IGBT全桥逆变回路，使上升沿快速、线性提升，避免电流脉冲过冲或欠饱和状态；通过调节上升沿钳位电源的电压值来控制电流脉冲线性提升速度和上升沿时间，通过增大钳位电压，来增大电流上升沿线性提升的斜率，缩短对应的上升沿时间；

T2阶段：通过自动切换电路切换低压直流电源代替上升沿钳位电源为IGBT全桥电路提供稳定的工作电压，为发射系统提供稳定的平顶电流；以及

T3阶段：通过下降沿钳位电源为电流脉冲线性下降提供钳位电压。时间长短和线性下降斜率由下降沿钳位电源控制，钳位电压越大，电流脉冲线性下降的斜率越大，对应的下降沿时间越短；

通过上述TI至T3阶段，实现对电流脉冲上升沿和下降沿的高精度控制。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开海洋可控源电磁探测系统发射机及其控制方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)脉冲电流上升沿通过高电压钳位技术实现快速、线性提升，减小由发射负载感抗影响形成的畸变，电流下降沿同样通过高电压钳位技术实现快速、线性衰减，提高电流波形质量；

(2)可以实现电流上升沿和下降沿时间长度的调节，大大增强了发射电流波形的高精度控制能力和灵活性，使发射系统实用性显著提高；

(3)小延迟、高效率的使电流脉冲上升沿快速、线性上升，并且能够避免电流过冲、欠饱和状态；

(4)实现对电流脉冲的高精度控制，有效提升电流波形质量；

(5)有效消除下降沿关断时间末期产生的振铃现象，下降沿电流过冲得到有效抑制，从而减小信号噪声，提高系统信噪比。

附图说明

图1为本公开实施例海洋可控源电磁探测系统发射机组成架构示意图。

图2为本公开实施例海洋可控源电磁探测系统发射机的电路原理示意图。

图3为本公开实施例海洋可控源电磁探测系统发射机中电流、电压波形示意图。

图4为本公开实施例海洋可控源电磁探测系统发射机中主要逻辑时序示意图。

具体实施方式

本公开提供了一种海洋可控源电磁探测系统发射机及其控制方法，其针对海洋可控源电磁探测电流脉冲需求，提出了一种新的恒压可调双钳位技术实现高频快沿大电流脉冲的产生与高精度控制方法，可有效提高系统的性能指标和探测能力，相较于传统的钳位电路，所不同的是，恒压可调双钳位技术方案对电流脉冲波形的上升沿和下降沿均进行恒定高压钳位整形。电流上升沿通过高电压钳位技术实现快速、线性提升，减小由发射负载感抗影响形成的畸变；电流下降沿同样通过高电压钳位技术实现快速、线性衰减，提高电流波形质量。此外，与传统恒压钳位技术的关断时间固定不可调不同，恒压可调双钳位技术的另一个特点是，通过调节上升沿和下降沿期间钳位电源的电压高低，可以实现电流上升沿和下降沿时间长度的调节，大大增强了电流脉冲波形的高精度控制能力和灵活性，使发射系统实用性显著提高。

在实现本公开的过程中，需要解决以下问题：(1)需要设计不同的高压钳位电源分别对电流上升沿和下降沿进行钳位；(2)需要上升沿高压钳位电路精准控制电流上升沿提升时间；(3)需要下降沿高压钳位电路精准控制电流下降沿衰减时间；(4)需要调节各路驱动IGBT信号PWM的占空比；(5)需要确定恒压可调钳位电压的变化范围；(6)需要确定恒压可调钳位电路的控制时序。针对以上技术难点，本公开的目的是设计出能够对电流脉冲上升沿和下降沿同时进行高压钳位，能够同时调节电流上升沿和下降沿时间的电流脉冲发射系统，其重点是设计出恒压可调双钳位技术的实现方案。

为使本公开的目的、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，对本公开进一步详细说明。

在本公开实施例中，提供一种海洋可控源电磁探测系统发射机，结合图1和图2所示，所述的海洋可控源电磁探测系统发射机，能够对电流脉冲波形的上升沿和下降沿均进行恒定高压钳位整形，包括：

低压直流电源；

上升沿钳位电源，用于产生上升沿钳位电压；

自动切换电路，与所述低压直流电源和上升沿钳位电源相连，用于在低压直流电源与上升沿钳位电源之间做切换；

IGBT全桥逆变电路，产生双极性电流脉冲；

控制器，与所述IGBT全桥逆变电路相连，用于产生逻辑控制信号；

下降沿钳位电源，与所述IGBT全桥逆变电路相连，在IGBT全桥逆变电路中的功率开关关断瞬间，对电流脉冲下降沿高压钳位；以及

发射负载，与所述下降沿钳位电源相连，用于发出低频电磁场。

所述的低压直流电源包括AC-DC模块或蓄电池组，为发射机系统提供能量。

所述的上升沿钳位电源和/或下降沿钳位电源为恒定高压电源；

所述的上升沿钳位电源包括：单向二极管，高电压钳位电源，充电电容；

所述自动切换电路包括：功率开关，快恢复二极管，比较器，以及霍尔电流传感器。其中通过霍尔电流传感器精准测量当前电路中的电流值，反馈回比较器电压值；通过与预设电压比较，配合功率开关的通断，进而准确在低压直流电源与上升沿高压钳位电源之间做切换，使电流脉冲上升沿快速、线性提升至预设值，并且避免电流脉冲欠饱和或过冲状态。快恢复二极管防止上升沿钳位电源倒灌回低压直流电源中，保护低压直流电源稳定工作。

所述IGBT全桥逆变电路，包括：4路功率开关与反向并联二极管，通过控制成对的功率开关导通或截止，产生双极性电流脉冲。

所述控制器，包括：

FPGA控制器，用于产生PWM时序逻辑控制信号；

IGBT驱动电路，与所述FPGA控制器相连，将所述控制信号转换为驱动能力更强的IGBT功率开关控制信号，并实现FPGA控制器与IGBT全桥逆变电路中功率开关之间的电气隔离。

所述下降沿钳位电源，包括：单向二极管，高电压钳位直流电源，充电电容和吸收电阻；在IGBT全桥逆变电路中的功率开关关断瞬间，下降沿钳位电源对下降沿高压钳位，加速脉冲电流线性下降。单向二极管防止高压直流电源反向回流影响全桥电路正常工作。充电电容充电后经吸收电阻释放能量。

所述的发射负载，为接触海水的长导线电偶极源，可视为电感与电阻串联组成的发射负载；

所述海洋可控源电磁探测系统发射机，还包括：

阻尼吸收电路，与所述发射负载相连，包括吸收电阻与两路功率开关，用于吸收IGBT全桥逆变电路和发射负载中的振荡电流；消除电流脉冲下降为0时的振铃现象，使电流脉冲完全线性下降。

所述的控制器为发射器的控制核心，产生PWM时序逻辑信号，精准控制每个IGBT驱动电路产生相应时序和占空比的控制信号，实现对整个电路的有序控制。其中，所述的驱动电路，其输入端与数字逻辑时序主控电路的输出端相连，其输出端与IGBT功率开关相连。

本公开实施例中，还提供一种海洋可控源电磁探测系统发射机控制方法，结合图3和图4所示，所述海洋可控源电磁探测系统发射机控制方法通过三电源分时段控制方法，产生如图3所示的恒压双钳位发射电流(电流脉冲)、电压波形，其中I₀为电流脉冲，V₀为发射电压，I_0MAX为电流脉冲稳定时刻的峰值电流；上升沿钳位电源产生的钳位电压U₁；低压直流电源产生的工作电压U₂；下降沿钳位电源产生的钳位电压U₃。

其中，T1阶段，上升沿钳位电源(恒压钳位直流电源)为电流脉冲快速、线性上升提供恒定高压钳位。并且使上升沿钳位电源配合由比较器、霍尔电流传感器、逻辑门组成的自动切换电路，保证该电源能在T1阶段始末精准接入或接出IGBT全桥逆变回路，使上升沿快速、线性提升，避免电流脉冲过冲或欠饱和状态。在T1阶段，可以通过调节上升沿钳位电源的电压值U₁来控制电流脉冲线性提升速度和上升沿时间，通过增大U₁，来增大电流上升沿线性提升的斜率，缩短对应的上升沿时间T1，使电流脉冲快速进入T2阶段。

其中，T2阶段，低压直流电源代替上升沿钳位电源为IGBT全桥电路提供稳定的工作电压，为发射系统提供稳定的平顶电流。此时电流脉冲趋于稳定，所以IGBT全桥电路只在低压直流电源输出相对较小的电压U₂便可以正常工作。

其中，T3阶段，下降沿钳位电源(恒压钳位直流电源)为电流脉冲线性下降提供钳位电压U₃。T3时间长短和线性下降斜率由下降沿钳位电源控制，钳位电压U₃越大，电流脉冲线性下降的斜率越大，对应的下降沿时间T3越短。

下面结合结合图3和图4以及具体实施例对本公开的海洋可控源电磁探测系统发射机的工作原理做出详细的说明和描述：

其中，I₀为电流脉冲脉冲；S1为Q1、Q4输入控制信号；S2为Q2、Q3输入控制信号；S3为与门AND1输出信号，并作为Q5的输入控制信号；S4为Q6输入控制信号；S5为Q7输入控制信号；S6为或门OR1输出信号；S7为CP1输出信号。

具体工作原理如下：

1.t₁-t₂时刻，IGBT全桥逆变电路开始工作，S1信号脉冲使得功率开关Q1、Q4导通，或门OR1输出为高电平，同时霍尔电流传感器M实时检测回路中电流，通过电阻R5将电流信号转换为一定比例的电压信号输入到比较器反相端；E2通过电阻R1、R2、R3进行分压，分压后连接到比较器CP1正相输入端。此时因为霍尔电流传感器M检测电流脉冲I₀未到达稳定平顶值，所以比较器CP1输出信号S7为高电平，或门OR1输出信号S6为高电平，通过与门AND1输出信号S3为高电平，使得Q5导通，上升沿恒压钳位电压源E1接入IGBT全桥逆变电路，此时电路回路为E1正极经Q5、D9、Q1、L、R、Q4回到E1负极，电流脉冲快速、线性上升。

2.t₂-t₃时刻，当电流脉冲恰好上升到稳定平顶值I_OMAX时，此时霍尔电流传感器M检测电流转换得到的电压值大于从E2分压出的电压值，比较器CP1输出信号S7为低电平；使与门AND1输出信号S3变为低电平，使得Q5关断，E2代替E1接入回路，为发射负载提供稳定的平顶电压U2，此时电流回路为E2正极，经D8、D9、Q1、L、R、Q4最后回到E2负极。

3.t₃4₄时刻，IGBT全桥逆变电路中，Q1、Q4关闭，或门OR1输出信号S6为低电平，所以与门AND1输出信号S3为低电平，使得Q5截止。电流脉冲开始下降，此时电流回路为B端经D2、D10连接到下降沿恒压钳位回路，经D3回到A端。电流脉冲为下降沿恒压钳位电路中的电容充电，使电流脉冲快速、线性下降。

4.t₄-t₅时刻，在下降沿线性下降末期，输入信号S5脉冲使得Q7导通，电流脉冲从B端出发，经Q7、R6、D6返回A端，吸收电阻R6接入发射负载回路中，消除由电流脉冲下降为零时由于电流振荡产生的振铃现象和电流过冲，提高电流波形质量。

5.t₅-t₆时刻，Q1、Q2、Q3、Q4保持关闭状态，等待负极性脉冲的半周期开始，或门OR1输出信号S6为低电平，使得与门AND1输出信号S3为低电平，Q5截止，Q6、Q7截止。

6.t₆-t₇时刻，S2脉冲使得Q2、Q3导通，Q1、Q4保持截止状态。或门OR1输出为高电平，同时霍尔电流传感器M检测回路中电流，通过R5转化为电压输入到比较器反相端；E2通过R1、R2、R3三个大阻值电阻分压，分压后连接到比较器CP1正相输入端。此时因为霍尔电流传感器M检测发射负载的电流未到达稳定平顶值，所以CP1输出信号S7为高电平，OR1输出信号S6为高电平，通过AND1输出信号S3为高电平，使得Q5导通，上升沿恒压钳位电压源E1接入IGBT全桥逆变电路。此时电流回路为E1正极，经Q5、D9、Q2、R、L、Q3回到E1负极，电流脉冲快速、线性上升，产生负极性脉冲电流。

7.t₇-t₈时刻，Q2、Q3导通，Q1、Q4保持截止。当电流脉冲恰好上升到稳定平顶值I_0MAX时，此时霍尔电流传感器M检测电流转换得到的电压值大于从E2分压出的电压值，CP1输出信号S7为低电平；使AND1输出信号S3变为低电平，使得Q5截止，E2代替E1接入回路，为发射负载提供稳定的平顶电压U₂。此时电流回路为E2正极，经D8、D9、Q2、R、L、Q3最后回到E2负极。电流脉冲在峰值保持稳定。

8.t₈-t₉时刻，Q2、Q3截止，OR1输出信号S6为低电平，所以AND1输出信号S3为低电平，使得Q5截止。E3对发射负载高压钳位，此时电流回路为发射负载A端经D1、D10连接到下降沿恒压钳位电路，对钳位电容充电，经D4回到B端，电流脉冲快速、线性下降。

9.t₉-t₁₀时刻，Q6导通，Q7截止。电流脉冲从A端出发，经Q6、R6、D7返回B端，吸收电阻R6接入发射负载回路中，消除由电流脉冲下降为零时由于电流振荡产生的振铃现象和电流过冲，提高电流波形质量。

10.t₁₀到下个周期前，Q1、Q2、Q3、Q4保持截止状态，Q6、Q7截止，OR1输出信号S6为低电平，AND1输出信号S3为低电平，使得Q5截止。等待正极性脉冲半周期的开始，完成一个周期循环。

当下一个周期的正脉冲和负脉冲到来时，重复t₁-t₁₀的状态。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：全桥逆变电路中的IGBT功率开关可以由MOSFET功率开关替换；对电阻电容数值的小范围变动，以得到符合当时场景所需要的电流脉冲、电压值。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。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。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开海洋可控源电磁探测系统发射机及其控制方法有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供了一种海洋可控源电磁探测系统发射机及其控制方法，通过新的恒压可调双钳位技术方案实现高频快沿大电流脉冲的产生与高精度控制方法，可有效提高系统的性能指标和探测能力，相较于传统的钳位电路，所不同的是，恒压可调双钳位技术方案对电流脉冲波形的上升沿和下降沿均进行恒定高压钳位整形。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海洋可控源电磁探测系统发射机，包括：

低压直流电源；

上升沿钳位电源，用于产生上升沿钳位电压；

自动切换电路，与所述低压直流电源和上升沿钳位电源相连，用于在低压直流电源与上升沿钳位电源之间做切换；

IGBT全桥逆变电路，产生双极性电流脉冲；

控制器，与所述IGBT全桥逆变电路相连，用于产生逻辑控制信号；

下降沿钳位电源，与所述IGBT全桥逆变电路相连，在IGBT全桥逆变电路中的功率开关关断瞬间，对电流脉冲下降沿高压钳位；以及

发射负载，与所述下降沿钳位电源相连，用于发出低频电磁场。

2.根据权利要求1所述的海洋可控源电磁探测系统发射机，所述自动切换电路包括：功率开关，快恢复二极管，比较器，以及霍尔电流传感器。

3.根据权利要求2所述的海洋可控源电磁探测系统发射机，其中通过霍尔电流传感器精准测量当前电路中的电流值，反馈回比较器电压值；通过与预设电压比较，配合功率开关的通断，进而准确在低压直流电源与上升沿高压钳位电源之间做切换，使电流脉冲上升沿快速、线性提升至预设值。

4.根据权利要求2所述的海洋可控源电磁探测系统发射机，快恢复二极管防止上升沿钳位电源倒灌回低压直流电源中，保护低压直流电源稳定工作。

5.根据权利要求1所述的海洋可控源电磁探测系统发射机，所述控制器，包括：

FPGA控制器，用于产生PWM时序逻辑控制信号；

IGBT驱动电路，与所述FPGA控制器相连，将所述控制信号转换为驱动能力更强的IGBT功率开关控制信号，并实现FPGA控制器与IGBT全桥逆变电路中功率开关之间的电气隔离。

6.根据权利要求1所述的海洋可控源电磁探测系统发射机，所述的上升沿钳位电源包括：单向二极管，高电压钳位电源，以及充电电容。

7.根据权利要求1所述的海洋可控源电磁探测系统发射机，所述下降沿钳位电源，包括：单向二极管，高电压钳位直流电源，充电电容，以及吸收电阻；在IGBT全桥逆变电路中的功率开关关断瞬间，下降沿钳位电源对下降沿高压钳位，加速脉冲电流线性下降。

8.根据权利要求1所述的海洋可控源电磁探测系统发射机，所述发射负载，为接触海水的长导线电偶极源，可视为电感与电阻串联组成的发射负载。

9.根据权利要求1所述的海洋可控源电磁探测系统发射机，还包括：

阻尼吸收电路，与所述发射负载相连，包括吸收电阻与两路功率开关，用于吸收IGBT全桥逆变电路和发射负载中的振荡电流；消除电流脉冲下降为0时的振铃现象，使电流脉冲完全线性下降。

10.一种海洋可控源电磁探测系统发射机控制方法，用于控制权利要求1至9任一项所述的海洋可控源电磁探测系统发射机工作，所述海洋可控源电磁探测系统发射机控制方法，包括：

T1阶段：通过上升沿钳位电源为电流脉冲快速、线性上升提供恒定钳位高压，配合自动切换电路，保证上升沿钳位电源能在T1阶段始末精准接入或接出IGBT全桥逆变回路，使上升沿快速、线性提升，避免电流脉冲过冲或欠饱和状态；通过调节上升沿钳位电源的电压值来控制电流脉冲线性提升速度和上升沿时间，通过增大钳位电压，来增大电流上升沿线性提升的斜率，缩短对应的上升沿时间；

T2阶段：通过自动切换电路切换低压直流电源代替上升沿钳位电源为IGBT全桥电路提供稳定的工作电压，为发射系统提供稳定的平顶电流；以及

T3阶段：通过下降沿钳位电源为电流脉冲线性下降提供钳位电压。时间长短和线性下降斜率由下降沿钳位电源控制，钳位电压越大，电流脉冲线性下降的斜率越大，对应的下降沿时间越短；

通过上述TI至T3阶段，实现对电流脉冲上升沿和下降沿的高精度控制。

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