CN205484853U - 海洋宽频脉冲电磁探测发射装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种海洋宽频脉冲电磁探测发射装置，包括：设置在船体上的直流电压供应装置，以及设置在水下的电磁发射装置，所述电磁发射装置包括设置在水下舱体内的Buck电路、水下设备控制装置和DC/AC变换装置，以及设置在水下舱体外的发射电极。本实用新型的海洋宽频脉冲电磁探测发射装置通过电缆将船上的电源电压传输到水下舱体，舱体内的Buck电路和DC/AC变换装置对电压进行变换处理后由发射电极发射到海水介质中，从而实现低电压、大电流、大功率发射电磁波的目的，另外，所述装置具有体积小，稳定性好，可靠性高，为深海远洋海底探测打下基础。

Description

海洋宽频脉冲电磁探测发射装置

技术领域

本实用新型涉及海洋电磁探测技术领域，尤其涉及一种海洋宽频脉冲电磁探测发射装置。

背景技术

电磁探测法是通过获取介质对电磁场的响应，来得知地下矿藏电导率结构信息的方法。电磁探测法广泛应用于地下矿藏和油气的勘探。经过多年的勘探开采，我国地层较浅位置的矿藏资源大部分已经被开采，陆地勘探深度越来越深，并且正逐渐向深海矿藏油气勘探发展。

在海洋电磁探测中，电磁发射机作为海洋电磁勘探必备的仪器设备，可输出频率幅值均可调的电流方波，通过电极发射出去，获得有效的电磁场来进行海底油气资源勘探。2000年以来，国外油气公司和电磁勘探服务公司已完成了100多个海洋电磁勘探项目。在2002年先后成立了AGO(AOA的子公司)、EMGS(Statoil的独立子公司)和OHM(南安普顿的商业化公司)三个海洋电磁服务公司。但这些公司的电磁发射机是由船上的电源发射相应频率的交流电压，直接接到放入海水中电缆线上，海水里面电缆线末端连接两个电极，以海水为介质，发射大功率的电磁波。这种方式会在电缆传输上产生一定的电损耗，且信号衰减较明显，在发射电极处不能产生功率较大的电磁波，可靠性低。

实用新型内容

本实用新型提供一种海洋宽频脉冲电磁探测发射装置，用于在海水介质上发射功率较大的电磁波，探测可靠性高。

本实用新型提供一种海洋宽频脉冲电磁探测发射装置，包括：设置在船体上的直流电压供应装置，以及设置在水下的电磁发射装置， 所述电磁发射装置包括设置在水下舱体内的Buck电路、水下设备控制装置和DC/AC变换装置，以及设置在水下舱体外的发射电极，其中，

直流电压供应装置，与所述水下设备控制装置连接，用于接收水下设备控制装置发出的控制信号，向所述电磁发射装置提供稳定的直流电压；

水下设备控制装置，与所述Buck电路连接，用于向Buck电路发出驱动信号，以使Buck电路对直流电压供应装置发出的直流电压进行降压处理；

与所述DC/AC变换装置连接，用于通过传感器采集直流电压供应装置和DC/AC变换装置上的电压值和电流值，以及用于向DC/AC变换装置发出驱动信号，以使DC/AC变换装置对Buck电路输出的直流电压变换为交流电压；

发射电极，与所述DC/AC变换装置连接，用于接收DC/AC变换装置输出的交流电压，并向海水中发射电磁波。

优选地，所述DC/AC变换装置包括：第一逆变器、高频降压变压器、高频整流滤波器和第二逆变器，其中，

第一逆变器，与所述Buck电路和所述水下设备控制装置连接，用于接收水下设备控制装置发出的驱动信号将Buck电路输出的直流电压变换成高频交流高电压；

高频降压变压器，与所述第一逆变器和所述水下设备控制装置连接，用于将第一逆变器输出的高频交流高电压进行降压处理，并输出高频交流低电压，同时进行电压和电流检测传送给所述水下设备控制装置；

高频整流滤波器，与所述高频降压变压器和所述水下设备控制装置连接，用于将高频降压变压器输出的高频交流低电压变换为直流电压，同时进行电流检测传送给所述水下设备控制装置；

第二逆变器，与所述高频整流滤波器和所述水下设备控制装置连接，用于接收水下设备控制装置发出的驱动信号将高频整流滤波器输 出的直流电压变换可调宽频域脉冲编码的交流方波电压，并输出给发射电极，同时进行电压和电流检测传送给所述水下设备控制装置。

优选地，所述Buck电路包括第一IGBT管、第一二极管和第一电感，其中，所述第一IGBT管的集电极连接直流电压供应装置的一个输出端，所述第一IGBT管的发射极分别连接第一电感的一端，第一二极管的阴极；所述第一电感的另一端作为Buck电路的一个输出端；所述第一二极管的阳极与直流电压供应装置的另一输出端连接，同时作为Buck电路的另一输出端。

优选地，所述第一逆变器包括第二IGBT管、第三IGBT管、第四IGBT管和第五IGBT管，其中，

所述第二IGBT管和第四IGBT管的集电极均连接所述Buck电路的一个输出端，第三IGBT管和第五IGBT管的发射极均连接所述Buck电路的另一输出端；第二IGBT管的发射极与第三IGBT管的集电极连接并引出所述第一逆变器的一个输出端，第四IGBT管的发射极与第五IGBT管的集电极连接并引出所述第一逆变器的另一输出端。

优选地，所述高频降压变压器包括第一电容、第二电感和变压器，其中，所述第一电容的一端连接所述第一逆变器的一个输出端，所述电容的另一端连接所述变压器原边的一端；所述第二电感的一端连接所述第一逆变器的另一输出端，所述第二电感的另一端连接所述变压器原边的另一端；所述变压器包括两个副边，其引出三个输出端。

优选地，所述高频整流滤波器包括第二二极管、第三二极管、第三电感、第二电容、第三电容、第四电容、第一电阻和第二电阻，其中，所述第二二极管与第三电感串联，且第二二极管的阳极连接高频降压变压器的第一输出端，第三电感的另一端作为所述高频整流滤波器的一个输出端；所述第一电阻和所述第二电容串联，且所述第一电阻的另一端连接第二二极管的阳极，第二电容的另一端连接高频降压变压器的第二输出端；所述第二电阻和所述第三电容串联，且所述第二电阻的另一端连接高频降压变压器的第三输出端，第三电容的另一 端连接高频降压变压器的第二输出端，高频降压变压器的第二输出端引出所述高频整流滤波器的另一输出端；所述第三二极管的阳极连接所述高频降压变压器的第三输出端，另一端连接第二二极管的阴极；所述第四电容的一端连接在第三电感的另一端，第四电容的另一端连接在高频降压变压器的第二输出端。

优选地，所述第二逆变器包括第六IGBT管、第七IGBT管、第八IGBT管和第九IGBT管，其中，

所述第六IGBT管和第八IGBT管的集电极均连接所述高频整流滤波器的一个输出端，第七IGBT管和第九IGBT管的发射极均连接所述高频整流滤波器的另一输出端，用于连接一发射电极；第六IGBT管的发射极与第七IGBT管的集电极连接并引出所述第二逆变器的一个输出端，第八IGBT管的发射极与第九IGBT管的集电极连接并引出所述第二逆变器的另一输出端，用于连接另一发射电极。

优选地，两个发射电极分别为近端电极和远端电极。

优选地，所述近端电极和远端电极相距100-1000m。

由上述技术方案可知，本实用新型的海洋宽频脉冲电磁探测发射装置通过电缆将船上的电源电压传输到水下舱体，舱体内的Buck电路和DC/AC变换装置对电压进行变换处理后由发射电极发射到海水介质中，从而实现低电压、大电流、大功率发射电磁波的目的，另外，所述装置具有体积小，稳定性好，可靠性高，为深海远洋海底探测打下基础。

附图说明

图1为本实用新型一实施例提供的海洋宽频脉冲电磁探测发射装置的整体控制示意图；

图2为本实用新型一实施例提供的Buck电路和DC/AC变换装置的电路图；

图3为本实用新型一实施例提供的发射电极的示意图；

图4为本实用新型一实施例提供的发射电极发出的电压及电流方波波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

图1示出了本发明一实施例提供的海洋宽频脉冲电磁探测发射装置的整体控制图，如图1所示，本实用新型实施例的一种海洋宽频脉冲电磁探测发射装置，包括：设置在船体上的直流电压供应装置，以及设置在水下的电磁发射装置，所述电磁发射装置包括设置在水下舱体内的Buck电路、水下设备控制装置和DC/AC变换装置，以及设置在水下舱体外的发射电极，其中，

直流电压供应装置，与所述水下设备控制装置连接，用于接收水下设备控制装置发出的控制信号，向所述电磁发射装置提供稳定的直流电压。在这里所说的控制信号均是水下设备控制装置根据传感器采集并发来的电压和电流信息进行分析处理后作出的指令信息。

例如直流电压供应装置是柴油机提供100KW的380V交流电能，其经过升压变压器和整流滤波器把电压上升到稳定直流电压3500V。3500V高压直流电源对应的小电流可以大大降低电能在海水中传输中的损耗，特别是深海电能传输，通过深拖电缆给发射系统的水下设备供电。

水下设备控制装置与所述Buck电路连接，用于向Buck电路发出驱动信号，以使Buck电路对直流电压供应装置发出的直流电压进行降压处理。而Buck电路输出的电压是降压后的直流电压。例如将上述的3500V降压到1000V。

水下设备控制装置与所述DC/AC变换装置连接，用于通过传感器采集直流电压供应装置和DC/AC变换装置上的电压值和电流值，以及 用于向DC/AC变换装置发出驱动信号，以使DC/AC变换装置对Buck电路输出的直流电压变换为交流电压。如将上述的1000V变换成100V，1000A的电流。

发射电极，与所述DC/AC变换装置连接，用于接收DC/AC变换装置输出的交流电压，并向海水中发射电磁波。

本实用新型提供的海洋宽频脉冲电磁探测发射装置，通过船上的电源电压经电缆传输到水下舱体，舱体内的Buck电路和DC/AC变换装置对电压进行变换处理后由发射电极发射到海水介质中，从而实现低电压、大电流、大功率发射电磁波的目的。

本实用新型实施例更进一步的实施例，在图中，所述水下设备控制装置包括DSP控制器、第一驱动模块和第二驱动模块，DSP控制器通过传感器群进行信号采集，获取温度、水压、电压和电流等信号，并对信号进行分析处理后以控制第一驱动模块和第二驱动模块分别发出相应的PWM波控制Buck电路的IGBT管子和DC/AC变换装置中的IGBT管子，实现Buck电路和DC/AC变换装置的功能。另外，DSP控制器作为水下发射机的核心控制元件，承载着与水上部分的通信功能。在图1中，设置一水下监控平台，其与DSP控制器进行通信，可获取所有的控制参数并显示在显示界面上，同时还可以通过界面的参数设定，达到控制船上电能向下传输的目的。需要说明的是，本实施例中可以通过硬件处理器(hardware processor)来实现相关功能模块。

本实用新型进一步的实施例，如图2所示为Buck电路和DC/AC变换装置的电路图，所述Buck电路用于对直流电压供应装置发出的直流电压进行降压处理。在图中，所述Buck电路包括第一IGBT管Q1、第一二极管D1和第一电感L1，其中，所述第一IGBT管的集电极连接直流电压供应装置的一个输出端，所述第一IGBT管的发射极分别连接第一电感的一端，第一二极管的阴极；所述第一电感的另一端作为Buck电路的一个输出端；所述第一二极管的阳极与直流电压供应装置 的另一输出端连接，同时作为Buck电路的另一输出端。例如所述第一IGBT管Q1为耐高压3500V级别的IGBT管子，D1为耐高压3500V级别的二极管，L1为续流电感。首先3500V直流电压从船上传输到水下舱体，进入Buck电路，通过驱动信号控制第一IGBT管的开关断，实现降压得到1000V直流电压。

如图2所示，所述DC/AC变换装置包括：第一逆变器、高频降压变压器、高频整流滤波器和第二逆变器，其中，

第一逆变器，与所述Buck电路和所述水下设备控制装置连接，用于接收水下设备控制装置发出的驱动信号将Buck电路输出的直流电压变换成交流电压。其中，驱动信号为水下设备控制装置根据传感器采集到的电压和电流信号发出的控制信号。在图中，所述第一逆变器包括第二IGBT管Q2、第三IGBT管Q3、第四IGBT管Q4和第五IGBT管Q5，其中，

所述第二IGBT管和第四IGBT管的集电极均连接所述Buck电路的一个输出端，第三IGBT管和第五IGBT管的发射极均连接所述Buck电路的另一输出端；第二IGBT管的发射极与第三IGBT管的集电极连接并引出所述第一逆变器的一个输出端，第四IGBT管的发射极与第五IGBT管的集电极连接并引出所述第一逆变器的另一输出端。例如在工作过程中，四个IGBT管接收驱动信号实现开关断，实现由上述得到的1000V的直流电压经过四个IGBT管后变换成高频交流高电压1000V。

高频降压变压器，与所述第一逆变器和所述水下设备控制装置连接，用于将第一逆变器输出的交流电压进行降压处理，并输出高频交流低电压，同时进行电压和电流检测传送给所述水下设备控制装置。其中，所述水下设备控制装置通过电压和电流传感器对变压器输入端的电压和电流进行采集。在图中，所述高频降压变压器包括第一电容C1、第二电感L2和变压器T1，其中，所述第一电容的一端连接所述第一逆变器的一个输出端，所述电容的另一端连接所述变压器原边的 一端；所述第二电感的一端连接所述第一逆变器的另一输出端，所述第二电感的另一端连接所述变压器原边的另一端；所述变压器包括两个副边，其引出三个输出端。例如，在工作过程中，所述高频降压变压器将上述得到的交流电压1000V进行降压获得100V的高频交流低电压。

高频整流滤波器，与所述高频降压变压器和所述水下设备控制装置连接，用于将高频降压变压器输出的高频交流低电压变换为直流电压，同时进行电流检测传送给所述水下设备控制装置。在图中，所述高频整流滤波器包括第二二极管D2、第三二极管D3、第三电感L3、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一电阻R1和第二电阻R2，其中，所述第二二极管与第三电感串联，且第二二极管的阳极连接高频降压变压器的第一输出端，第三电感的另一端作为所述高频整流滤波器的一个输出端；所述第一电阻和所述第二电容串联，且所述第一电阻的另一端连接第二二极管的阳极，第二电容的另一端连接高频降压变压器的第二输出端；所述第二电阻和所述第三电容串联，且所述第二电阻的另一端连接高频降压变压器的第三输出端，第三电容的另一端连接高频降压变压器的第二输出端，高频降压变压器的第二输出端引出所述高频整流滤波器的另一输出端；所述第三二极管的阳极连接所述高频降压变压器的第三输出端，另一端连接第二二极管的阴极；所述第四电容的一端连接在第三电感的另一端，第四电容的另一端连接在高频降压变压器的第二输出端。例如在工作过程中，高频整流滤波器将上述得到的100V高频交流低电压转换为100V直流电压。

第二逆变器，与所述高频整流滤波器和所述水下设备控制装置连接，用于接收水下设备控制装置发出的驱动信号将高频整流滤波器输出的直流电压变换可调宽频域脉冲编码的交流方波电压(如图4所示)，并输出给发射电极，同时进行电压和电流检测传送给所述水下设备控制装置。其中，所述水下设备控制装置通过电压和电流传感器对第二 逆变器输出端的电压和电流进行采集。在图中，所述第二逆变器包括第六IGBT管Q5、第七IGBT管Q6、第八IGBT管Q7和第九IGBT管Q8，其中，

所述第六IGBT管和第八IGBT管的集电极均连接所述高频整流滤波器的一个输出端，第七IGBT管和第九IGBT管的发射极均连接所述高频整流滤波器的另一输出端，用于连接一发射电极；第六IGBT管的发射极与第七IGBT管的集电极连接并引出所述第二逆变器的一个输出端，第八IGBT管的发射极与第九IGBT管的集电极连接并引出所述第二逆变器的另一输出端，用于连接另一发射电极。例如在工作过程中，四个IGBT管接收驱动信号实现开关断，实现由100V的直流电压经过四个IGBT管后转换成可调宽频域脉冲编码的100V、1000A的交流电压。

如图3所示，两个发射电极为近端电极和远端电极。主要功能是将来自第二逆变器输出的强大的电流，按时序和频率以不同的极性注入到海水中，发射宽频域电磁波。一般均有两根电极，一正一负，且相距100-1000米。同时，发射电极离压力舱体也有一定距离。通过两个电极，把第二逆变桥产生0.05Hz到1KHz频率以上宽频域的电流波，连接两个发射电极

本实用新型实施例所述海洋宽频脉冲电磁探测发射装置，通过设置可提供线性度较好的占空比控制量的第一逆变器，可大幅提高发射电流的鲁棒性，显著减轻水下发射设备的重量和体积，有利于把电能高效地从船上传输到海底。尤其是在深海发射时，能够明显的降低线损，能够在发射大电流时，有效的抑制发射机对周围电子设备造成的电磁干扰。

另外，由于第一逆变器的交流侧电压线性可控，使得DC/AC拓扑电路发射电流的稳定性对发射负载和发电机发出电压的依赖性显著下降，而且经第一逆变器和高频降压/整流后的直流电流值能够达到更高。另外，第二逆变器用于频点发射，第一逆变器用于发射电流的恒稳控 制，两个逆变桥各司其职，功能明确。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。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。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。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。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。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型权利要求所限定的范围。

Claims (9)

1.一种海洋宽频脉冲电磁探测发射装置，其特征在于，包括：设置在船体上的直流电压供应装置，以及设置在水下的电磁发射装置，所述电磁发射装置包括设置在水下舱体内的Buck电路、水下设备控制装置和DC/AC变换装置，以及设置在水下舱体外的发射电极，其中，

直流电压供应装置，与所述水下设备控制装置连接，用于接收水下设备控制装置发出的控制信号，向所述电磁发射装置提供稳定的直流电压；

水下设备控制装置，与所述Buck电路连接，用于向Buck电路发出驱动信号，以使Buck电路对直流电压供应装置发出的直流电压进行降压处理；

与所述DC/AC变换装置连接，用于通过传感器采集直流电压供应装置和DC/AC变换装置上的电压值和电流值，以及用于向DC/AC变换装置发出驱动信号，以使DC/AC变换装置对Buck电路输出的直流电压变换为交流电压；

发射电极，与所述DC/AC变换装置连接，用于接收DC/AC变换装置输出的交流电压，并向海水中发射电磁波。

2.根据权利要求1所述的发射装置，其特征在于，所述DC/AC变换装置包括：第一逆变器、高频降压变压器、高频整流滤波器和第二逆变器，其中，

第一逆变器，与所述Buck电路和所述水下设备控制装置连接，用于接收水下设备控制装置发出的驱动信号将Buck电路输出的直流电压变换成高频交流高电压；

高频降压变压器，与所述第一逆变器和所述水下设备控制装置连接，用于将第一逆变器输出的高频交流高电压进行降压处理，并输出高频交流低电压，同时进行电压和电流检测传送给所述水下设备控制装置；

高频整流滤波器，与所述高频降压变压器和所述水下设备控制装置连接，用于将高频降压变压器输出的高频交流低电压变换为直流电压，同时进行电流检测传送给所述水下设备控制装置；

第二逆变器，与所述高频整流滤波器和所述水下设备控制装置连接，用于接收水下设备控制装置发出的驱动信号，并将高频整流滤波器输出的直流电压变换可调宽频域脉冲编码的交流方波电压，并输出给发射电极，同时进行电压和电流检测传送给所述水下设备控制装置。

3.根据权利要求2所述的发射装置，其特征在于，所述Buck电路包括第一IGBT管、第一二极管和第一电感，其中，所述第一IGBT管的集电极连接直流电压供应装置的一个输出端，所述第一IGBT管的发射极分别连接第一电感的一端，第一二极管的阴极；所述第一电感的另一端作为Buck电路的一个输出端；所述第一二极管的阳极与直流电压供应装置的另一输出端连接，同时作为Buck电路的另一输出端。

4.根据权利要求3所述的发射装置，其特征在于，所述第一逆变器包括第二IGBT管、第三IGBT管、第四IGBT管和第五IGBT管，其中，

所述第二IGBT管和第四IGBT管的集电极均连接所述Buck电路的一个输出端，第三IGBT管和第五IGBT管的发射极均连接所述Buck电路的另一输出端；第二IGBT管的发射极与第三IGBT管的集电极连接并引出所述第一逆变器的一个输出端，第四IGBT管的发射极与第五IGBT管的集电极连接并引出所述第一逆变器的另一输出端。

5.根据权利要求4所述的发射装置，其特征在于，所述高频降压变压器包括第一电容、第二电感和变压器，其中，所述第一电容的一端连接所述第一逆变器的一个输出端，所述电容的另一端连接所述变压器原边的一端；所述第二电感的一端连接所述第一逆变器的另一输出端，所述第二电感的另一端连接所述变压器原边的另一端；所述变压器包括两个副边，其引出三个输出端。

6.根据权利要求5所述的发射装置，其特征在于，所述高频整流滤波器包括第二二极管、第三二极管、第三电感、第二电容、第三电容、第四电容、第一电阻和第二电阻，其中，所述第二二极管与第三电感串联，且第二二极管的阳极连接高频降压变压器的第一输出端，第三电感的另一端作为所述高频整流滤波器的一个输出端；所述第一电阻和所述第二电容串联，且所述第一电阻的另一端连接第二二极管的阳极，第二电容的另一端连接高频降压变压器的第二输出端；所述第二电阻和所述第三电容串联，且所述第二电阻的另一端连接高频降压变压器的第三输出端，第三电容的另一端连接高频降压变压器的第二输出端，高频降压变压器的第二输出端引出所述高频整流滤波器的另一输出端；所述第三二极管的阳极连接所述高频降压变压器的第三输出端，另一端连接第二二极管的阴极；所述第四电容的一端连接在第三电感的另一端，第四电容的另一端连接在高频降压变压器的第二输出端。

7.根据权利要求6所述的发射装置，其特征在于，所述第二逆变器包括第六IGBT管、第七IGBT管、第八IGBT管和第九IGBT管，其中，

所述第六IGBT管和第八IGBT管的集电极均连接所述高频整流滤波器的一个输出端，第七IGBT管和第九IGBT管的发射极均连接所述高频整流滤波器的另一输出端，用于连接一发射电极；第六IGBT管的发射极与第七IGBT管的集电极连接并引出所述第二逆变器的一个输出端，第八IGBT管的发射极与第九IGBT管的集电极连接并引出所述第二逆变器的另一输出端，用于连接另一发射电极。

8.根据权利要求7所述的发射装置，其特征在于，两个发射电极分别为近端电极和远端电极。

9.根据权利要求8所述的发射装置，其特征在于，所述近端电极和远端电极相距100-1000m。