CN211505922U

CN211505922U - 一种减小瞬变电磁关断时间的并行发射装置

Info

Publication number: CN211505922U
Application number: CN202020439360.2U
Authority: CN
Inventors: 傅崧原; 付国红; 程辉; 杨天春; 李帝铨
Original assignee: Hunan University of Science and Technology
Current assignee: Hunan University of Science and Technology
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2020-09-15
Anticipated expiration: 2030-03-31

Abstract

本实用新型公开了一种减小瞬变电磁关断时间的并行发射装置。它包括捆扎在一起的多个匝数为1匝的发射线框、为每个发射线框提供发射电流的隔离驱动器和逆变器，为每个隔离驱动器提供信号的信号源；每个隔离驱动器的输入端并行连接到信号源上，每个隔离驱动器的输出端分别与一个逆变器的控制信号输入端相连接，每个逆变器的输出端与一个发射线框的两个接入端相连接并形成回路；信号源产生矩形波信号经各个隔离驱动器驱动，逆变器输出矩形波电流，各个发射线框在同相位矩形波电流激励下产生同相位磁场相叠加发射出去。本实用新型能保证瞬变电磁早期道信号测量的有效性，提高晚期道信号的信噪比，实现瞬变电磁浅层和深层地质信息的有效提取。

Description

一种减小瞬变电磁关断时间的并行发射装置

技术领域

本实用新型属于电(磁)法勘探技术领域，具体涉及一种减小瞬变电磁关断时间的并行发射装置。

背景技术

瞬变电磁法也称时间域电磁法，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用接收线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。二次场的衰减过程一般分为早、中和晚期。早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小；而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。

目前，不接地回线作为瞬变电磁的常用发射天线，其工作方法是由两组用于组成桥臂的开关和一个多匝发射回线连成一个全桥发射电路，实现双极性方波电流的磁场发射，发射回线常用导线绕制或者布置成多匝的方形框或矩形框，根据探测深度不同，方形发送线框边长通常设计在n×10m～1Km范围内。在瞬变电磁线框的发射电压U和天线不变的情况下，线框中发送电流的关断时间几乎不随时间改变。因此，瞬变电磁信号的测量会受到关断时间的影响，造成早期数据畸变，无法提取和识别浅层(近距离)地质信息。

关断时间为：

其中，L为发射回路电感，R为发射回路电阻，I₀为关断前的电流，U为关断前的输出电压。

目前，减小一次场关断时间的问题仍然是瞬变电磁领域技术人员正在努力探索、试图解决的一个重要问题。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术中存在的上述问题，提供一种使用简便、可靠性高的显著减小瞬变电磁关断时间的并行发射装置，以保证瞬变电磁早期道信号测量的有效性，提高晚期道信号的信噪比，实现瞬变电磁浅层和深层地质信息的有效提取。

本实用新型的目的是通过如下的技术方案来实现的：

该减小瞬变电磁关断时间的并行发射装置，它包括捆扎在一起的多个匝数为1匝的发射线框、为每个发射线框提供发射电流的隔离驱动器和逆变器，为每个隔离驱动器提供信号的信号源；每个隔离驱动器的输入端并行连接到信号源上，每个隔离驱动器的输出端分别与一个逆变器的控制信号输入端相连接，每个逆变器的输出端与一个发射线框的两个接入端相连接并形成回路；信号源产生矩形波信号经各个隔离驱动器驱动，逆变器输出矩形波电流，各个发射线框在同相位矩形波电流激励下产生同相位磁场相叠加发射出去。

具体的，所述发射线框为正方形、长方形、圆形、椭圆形和其它任何形状中的一种。

与现有技术采用一个多匝线框发射磁场信号相比，本实用新型发射回路的电感小，高频性能好，可以大幅度减小瞬变电磁发射信号的关断时间，显著减小观测盲区，实现瞬变电磁浅层(近距离)和深层(远距离)地质信息的有效提取。本实用新型不仅适用于瞬变电磁信号的发射，也适用于采用磁性源发射的其它人工源电磁法勘探信号发射的情形。

附图说明

图1为本实用新型实施例的原理结构示意图。

图2为本实用新型实施例的逆变器电路原理图。

图3为本实用新型实施例的双极性方波电流波形图。

图4为本实用新型实施例的部分测试点波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的描述。

参见图1，是本实用新型实施例的原理结构示意图。它包括捆扎在一起的多个正方形的匝数为1匝的并行发射线框、为每一个发射线框提供发射电流的隔离驱动器和逆变器，为各个隔离驱动器提供信号的信号源。从图1中可见，信号源的输出端SA、SB与隔离驱动器1的输入端相连接，同时还与隔离驱动器2的输入端、隔离驱动器3的输入端相连接、…、隔离驱动器n的输入端相连接；隔离驱动器1的输出端与逆变器1的控制信号输入端相连接，逆变器1的输出端A1、B1与发射线框X1的两个接入端相连接并形成回路，隔离驱动器2的输出端与逆变器2的控制信号输入端相连接，逆变器2的输出端A2、B2与发射线框X2的两个接入端相连接并形成回路，隔离驱动器3的输出端与逆变器3的控制信号输入端相连接，逆变器3的输出端A3、B3与发射线框X3的两个接入端相连接并形成回路，…，隔离驱动器n的输出端与逆变器n的控制信号输入端相连接，逆变器n的输出端An、Bn与发射线框Xn的两个接入端相连接并形成回路。信号源产生矩形波信号经各个隔离驱动器驱动，逆变器输出矩形波电流，各个发射线框在同相位矩形波电流激励下，各个线框产生磁场同相位叠加发射出去。与现有技术采用一个多匝线框发射磁场信号相比，发射回路电感小，高频性能好，可以大幅度减小瞬变电磁发射信号的关断时间，显著减小观测盲区，实现瞬变电磁浅层(近距离)和深层(远距离)地质信息的有效提取。

参见图2，是本实用新型实施例逆变器的桥式逆变电路原理图。其中，信号源的输出端SA与隔离驱动电路11的输入端以及隔离驱动电路13的输入端相连接，信号源的输出端SB与隔离驱动电路12的输入端以及隔离驱动电路14的输入端相连接；隔离驱动电路11的输出端K1与开关管Q1的栅极相连接，隔离驱动电路12的输出端K2与开关管Q2的栅极相连接，隔离驱动电路13的输出端K3与开关管Q3的栅极相连接，隔离驱动电路14的输出端K4与开关管Q4的栅极相连接；桥式逆变开关的输出端与发射线框相连接，电阻R为输出回路的等效电阻。当信号源输出端SA输出为高电平、输出端SB输出为低电平时，K1、K3输出高电平，Q1、Q3饱和导通，K2、K4输出低电平，Q2、Q4截止时，桥式时逆变电路输出A+、B-的电压，电流由A点输出经R、L到B点，为发射线框提供电流；当输出端SA、输出端SB输出均为低电平时，K1、K3、K2、K4均输出低电平，Q1、Q3、Q2、Q4截止，发射回路R、L中的电流为零；当输出端SA输出低电平、输出端SB输出高电平时，K1、K3输出低电平，Q1、Q3截止，K2、K4输出高电平，Q2、Q4饱和导通，桥式时逆变电路输出A-、B+的电压，电流由B点输出经L、R到A点，为L提供反向电流。隔离驱动电路芯片为IRF2113，也可以采用高速光耦隔离、光纤隔离或其它高速隔离驱动模块替代。

参见图3结合图2，是本实用新型实施例的逆变器输出至发射线框的双极性方波电流波形图，其中，0～T/4段，Q1、Q3导通，发射电流由A点流出，经R、L流到B点，发射线框得到正向电流；T/4～T/2段，Q1、Q3、Q2、Q4均为截止状态，流经发射线框的电流为零；T/2～3T/4段，Q1、Q3截止，Q2、Q4导通，发射电流由B点流出，经L、R流到A点，线框得到反向电流。

参见图4结合图2，是本实用新型实施例并行发射装置部分测试点波形图。其中，I_A-B为逆变器输出电流波形图，U_A为信号源输出端SA输出电压波形图，Q1、Q3的栅极波形与输出端SA波形相位和形态相同，U_B为信号源输出端SB输出电压波形图，Q2、Q4的栅源电压波形与输出端SB波形相位和形态相同。在波形的0～T/4段，信号源的输出端SA输出高电平，经隔离驱动后，Q1、Q3的栅源电压V_GS为高电平，Q1、Q3导通，输出端SB输出低电平，经隔离驱动后Q2、Q4的栅源电压为低电平，Q2、Q4截止，发射电流由A点流出，经R、L流到B点，线框得到正向电流；T/4～T/2段，信号源输出端SA、SB输出均为低电平，隔离驱动输出也为低电平，Q1、Q3、Q2、Q4均为截止状态，流经发射线框的电流为零；T/2～3T/4段，信号源的输出端SA输出低电平，经隔离驱动后，Q1、Q3的栅源电压V_GS为低电平，Q1、Q3截止，输出端SB输出高电平，经隔离驱动后Q2、Q4的栅源电压为高电平，Q2、Q4导通，发射电流由B点流出，经L、R流到A点，发射线框得到反向电流。信号源输出的矩形波信号经隔离驱动后控制桥式逆变开关，将直流电逆变成矩形波电流输出到发射线框，发射线框中的电流产生磁场对外辐射，为瞬变电磁勘探发射电磁信号。

实验证明，在多匝大回形线框发射信号时，采用本实用新型多个单匝发射线框单元并行发射的方式，能大幅度减小发射信号的关断时间。

另外，在匝数较多、线框面积小的瞬变电磁勘探时，在确保关断时间足够短的前提下，可以将匝数较多的小线框分解为10匝以下一组的发射线圈单元，每组独立发射，多组并行发射的方法，即可显著减小发射信号关断时间的同时，控制驱动和逆变电路数量和发射机复杂度。

本实用新型上述实施例以使用最广泛的双极性方波发射的情形进行介绍，在采用双极性矩形波或组合矩形波发射时同样适用；采用单极性方波、矩形波或组合矩形波进行信号发射时，本实用新型同样适用。

Claims

1.一种减小瞬变电磁关断时间的并行发射装置，其特征在于：它包括捆扎在一起的多个匝数为1匝的发射线框、为每个发射线框提供发射电流的隔离驱动器和逆变器，为每个隔离驱动器提供信号的信号源；每个隔离驱动器的输入端并行连接到信号源上，每个隔离驱动器的输出端分别与一个逆变器的控制信号输入端相连接，每个逆变器的输出端与一个发射线框的两个接入端相连接并形成回路；信号源产生矩形波信号经各个隔离驱动器驱动，逆变器输出矩形波电流，各个发射线框在同相位矩形波电流激励下产生同相位磁场相叠加发射出去。

2.根据权利要求1所述减小瞬变电磁关断时间的并行发射装置，其特征在于：所述发射线框为正方形、长方形、圆形、椭圆形中的一种。