PWM斩波与恒压钳位控制瞬变电磁发射系统

针对磁性源发射系统中波形质量差,效率低、下降沿关断慢等问题,提出一种PWM斩波和恒压钳位控制方式相结合的控制方法,并通过软件仿真比较采用该方法的发射电路与传统的H桥发射电路的波形质量和关断时间。研究结果表明:该方法通过提高发射线圈电流下降段的馈能电压,加快IGBT关断过程发射线圈电流下降速度,缩短关断时间,丰富发射波形的频率成分,有利于瞬变电磁探测。同时,馈能环节能够回收发射线圈能量,提高整个发射系统的效率。采用PWM斩波控制技术控制发射电流平顶段,平顶段发射电流斜率为0,降低了发射电流上升段和平顶段对接收信号的干扰。发射波形近似理想梯形波,与无钳位的传统发射电路相比,在发射电流为15 A的情况下,下降沿时间由500μs缩短为100μs,对于浅层的探测效果更好。     

新型航空瞬变电磁法脉冲电流发射电路研究

提出一种新型航空瞬变电磁法脉冲电流发射电路,利用Buck电路与H桥电路相结合的方式,将H桥路作为Buck电路的负载,H桥路来控制发射电流的方向,Buck ZCS-PWM(降压式零电流开关脉宽调制)电路控制发射线圈两端电压,提升开关器件工作频率,降低开关损耗,解决传统瞬变电磁法发射电路脉冲电流上升沿与平顶段噪声强、纹波大问题,采用馈能恒压钳位电路提高钳位电压、减小脉冲电流下降沿时间,在H桥路中加入阻断二极管来消除下降沿电流过冲。讨论Buck ZCS-PWM控制技术对脉冲电流上升沿与平顶段波形质量的影响,钳位电压与下降沿时间的关系,给出具体设计方案及电路参数,采用仿真和实验的方法将其与传统发射电路所得电流波形进行对比分析。研究结果表明:新型航空瞬变电磁法脉冲电流发射电路输出电流波形具有上升沿与平顶段噪声与纹波小,开关损耗小,下降沿时间短,线性度高,电流无过冲等优点。     

油气生产井中瞬变电磁法接收技术研究

目的研究瞬变电磁法应用于油气生产井测井领域时,接收线圈的瞬变电磁响应特征,为生产井瞬变电磁法接收线圈的参数设计提供理论依据。方法通过对井中接收线圈等效电路的理论分析,详细讨论了斜阶跃波激励下,接收线圈上一次场与二次场的变化规律,深入研究了井中全程瞬变电磁响应的过渡过程及其影响因素。结果接收线圈过渡过程的存在,使一次场响应在感应段和衰减段均发生了畸变,而二次响应则在发射电流关断后出现幅值变小、达到极大值的时间延迟等现象。为缩短线圈的固有过渡过程,应采用接入匹配电阻的方法使接收线圈工作于临界阻尼状态,同时尽量增大线圈的阻尼系数。结论该方法为井中瞬变电磁响应信号的正确判断与识别奠定了良好基础。     

磁性源电磁法发射电流分段控制方法

针对磁性源发射系统中脉冲宽度调制(PWM)控制方法电磁干扰强及上升沿、下降沿拖尾严重的问题,提出一种磁性源电磁法发射电流分段控制的方法。将发射电流分为4段精确控制,即通过引进高压辅助电源的方法控制发射电流的上升沿、平顶段与下降沿,并利用软硬件相结合的方法消除下降沿过冲。讨论供电电压与波形线性度、延迟时间的关系,给出具体设计方案及电路参数计算,采用仿真和实验的方法与PWM控制方法所得电流波形进行对比分析。研究结果表明:通过输出电流分段控制方法得到的输出电流波形的上升沿时间小于1.5 ms;下降沿时间小于0.5 ms,过冲电流小于3 A,线性度大于0.875,与PWM控制方法所得波形相比,其上升沿提升速度快,下降沿延迟时间短,线性度高,反向过冲电流小。     

深海拖曳式瞬变电磁的响应规律

通过分析深海堆积型热液硫化矿的电性特征,建立探测深海热液金属硫化物矿床地电模型:运用瞬变电磁全空间理论计算方法,模拟计算深海热液金属硫化物矿床瞬变电磁响应,为设计深海拖曳式瞬变电磁系统提供依据.计算结果表明:深海与无海水情况下的瞬变电磁相比,响应曲线形态变化不大,响应幅值显著增加;拖曳高度严重降低了低阻矿化层的瞬变电磁响应幅值:随着拖曳高度的增加,低阻矿化层的异常响应向后延迟并迅速衰减,当拖曳高度超过50 m时异常响应将难以分辨;在一般情况下,在1～100 ms时窗内可以探测到海底金属硫化矿层引起的异常.     

平朔矿区采空区电法勘探技术

为精准探明平朔矿区老窑采空区,在优选电法勘探方法基础上,进行参数优化试验,确定相应的施工技术体系,并通过现场应用.研究结果表明:平朔矿区电法勘探以瞬变电磁法探测采空区及积水区为主,可控源音频大地电磁法辅助探测中深部及多层采空区,直流电法辅助探测强电磁干扰及矿坑台阶区域的浅部采空区;经过参数优化后,瞬变电磁法发射线框为240 m×240 m,频率为8 Hz,供电电流为10 A,可控源音频大地电磁法收发距为3.5 km,MN点距为10 m,测点距为2～5 m,直流电法不同AO距离影响较小.研究结论初步确定瞬变电磁、可控源音频大地电磁法适用于平朔矿区采空区探测,施工参数为平朔矿区采空区精准勘探提供可靠参考依据.     

瞬变电磁探测地下洞体的可行性分析

针对工程建设中常见的地下洞体,从理论和实际应用两方面分析了用瞬变电磁法进行洞体探测的有效性及地下洞体瞬变电磁响应的物理过程和响应特征,给出了地下洞体的数学模型以及球坐标下地下洞体在阶跃电流激励下的瞬变电磁响应表达式。利用瞬变电磁法,对某煤矿的地下采空区进行了探测,其解释结果与钻探资料吻合得很好,证明了在工程勘察中利用该方法探测地下洞体的可行性和有效性。     

发射波形对瞬变电磁信号观测结果的影响

文中给出了瞬变电磁信号数据采集系统中的发射波形对观测结果的影响。     

瞬变电磁探测地下洞体的可行性分析

针对工程建设中常见的地下洞体，从理论和实际应用两方面分析了用瞬变电磁法进行洞体探测的有效性及地下洞体瞬变电磁响应的物理过程和响应特征，给出了地下洞体的数学模型以及球坐标下地下洞体在阶跃电流激励下的瞬变电磁响应表达式。利用瞬变电磁法，对某煤矿的地下采空区进行了探测，其解释结果与钻探资料吻合得很好，证明了在工程勘察中利用该方法探测地下洞体的可行性和有效性。     

基于互相关算法的CSAMT接收信号处理研究

针对可控源音频大地电磁法（CSAMT: Controlled Source Audio-frequency Magnetotelluric）实际勘探中, 因深部目标体响应信号微弱, 测量环境噪声严重等特殊情况而导致接收信号的清晰度大大降低的问题, 提出一种基于互相关算法的CSAMT接收数据去噪处理的新方法。该方法利用发射信号与接收信号之间相关性强, 与随机噪声相关性弱的特点, 设计发射信号电流波形记录器, 将接收信号和发射信号作互相关处理, 滤掉噪声等干扰信号。实验结果表明, 该方法可压制噪声, 可提高CSAMT测量的准确性。     

串联谐振式半正弦航空电磁发射系统

为增大直升机吊舱式航空时间域电磁发射系统的发射磁矩,提高空间分辨能力,设计一种由电阻、电感和电容组成的RLC串联谐振式半正弦航空电磁发射系统。采用RLC串联谐振的方法实现提高发射电流的上升与下降速率,得到发射磁矩大、电流峰值高、波形稳定性好的半正弦波发射电流;采用单稳态触发芯片延时主控单元控制信号的方法,消除下降沿过冲;研究峰值电流采集记录技术,并通过Simulink仿真与实验验证理论分析的正确性。研究结果表明:由RLC串联谐振方法得到的发射电流峰值为2 550 A,最大发射磁矩可达510 kA·m~2,脉宽为4.1 ms,具有发射磁矩大、电流峰值高、波形稳定性好、空间分辨能力强的特点。     

广域电磁测深法研究

根据水平电流场源和垂直磁场源在半均匀空间地面的电磁场解析表达式,定义了广域视电阻率,建立1种新的频率域测深方法即广域电磁测深法。研究结果表明:采用广域电磁测深法可以在过渡带进行测量,即以较小的收发距探测到较大的深度;广域电磁法包括E-Ex广域电磁测深和E-Ez广域电磁测深等方式,每种方式各有其特点,而且都只测量1种物理量;广域电磁法与2n序列伪随机电法相结合还可以发展成2n序列伪随机信号-广域电磁法,不但探测深度大,而且效率高,广域电磁法可用于寻找火山岩油气藏、深部金属矿和工程电法勘探。     

瞬变电磁实验教学模型系统设计

针对地学仪器课程中瞬变电磁仪的实践教学需要,设计了一套瞬变电磁实验教学模型系统。该系统包括 发射/接收一体机、接收传感器、异常线圈和上位机控制软件4 部分。发射/接收一体机使用AＲM( Advanced ＲISC Machine) 控制器和CPLD( Complex Programmable Logic Device) 作为主控单元,驱动H 型全桥电路实现双极 性方波的产生与发射; 利用差分式空心线圈和双运放仪用放大电路设计了高灵敏度传感器; 通过研究闭合线圈 感应电动势与时间常数的关系,使用异常线圈模拟了良导电率有限导体; 上位机控制软件使用C#语言在Visual Studio 平台上开发。经测试,该模型能实时采集并显示瞬变电磁感应二次场衰减信号曲线,实现在实验室内模 拟瞬变电磁仪工作过程,对课程的实践教学具有一定的辅助作用。     

基于MAXWELL的瞬变电磁“8”字形发射线圈仿真分析

针对瞬变电磁技术在工程应用中易受干扰、探测结果不准确的问题,本文提出了一种瞬变电磁“8”字形发射线圈方案。采用MAXWELL仿真软件对瞬变电磁“8”字形发射线圈和方形发射线圈进行了仿真分析,通过对比“8”字形发射线圈和方形发射线圈在不同大小电流情况下产生的磁场分布发现,“8”字形发射线圈在远距离位置具有较强的聚焦性,在近距离位置能产生明显大于方形线圈的磁通密度。所以“8”字形发射线圈对增强瞬变电磁超前探测的抗干扰能力和提高探测结果的准确度具有重要作用。     

CHTEM-I直升机时间域航空电磁发射系统研究

提出一种直升机时间域航空电磁发射系统,采用PWM调制技术实现梯形波发射波形的上升沿及平顶段电流可控,提高输出电流的控制精度,解决上升沿、下降沿拖尾的问题,并利用软硬件相结合的方法消除下降沿过冲;研究大功率器件的并联技术和软关断技术,实现大功率器件的动、静态均流;设计双闭环稳压电源,提高发射电流波形的稳定性,改善一次场质量;将CHTEM-I系统应用于野外测试。研究结果表明:CHTEM-I系统的发射磁矩达254 469 A·m~2,发射电流上升时间小于2.2 ms,峰值为500 A,下降沿关断时间小于1 ms,具有发射磁矩大、信噪比高、波形稳定性好、反应深层地质信息能力强的特点。     

二进制相位编码调制连续波雷达系统的分析与研究

本文介绍m序列伪随机编码调制的连续波雷达。利用回波信号与已知可变延迟发射信号的相关,检出都卜勒信号,并非模糊地确定其目标的距离。     

一种频域电磁探测发射机的研究与设计

电磁探测设备是国内外研究的热点.本文通过分析频域电磁探测发射机的拓扑结构,设计了具有上升、下降沿均钳位,且输出电流阶段连接恒流源的发射电路,以及钳位电压源电容、恒流电感值,并建立了系统模型.仿真结果表明,该频域电磁探测发射机能在感性负载较大、发射频率较高的情况下,输出电流幅值大且为常规桥式发射电路3倍,具有交流方波稳定、线性度良好等优点.     

改善发射机电流波形的电路设计与实验

设计了一种新型无源能量回馈缓冲电路 ,该电路通过两种方法改善了发射机电流的波形 :当改变缓冲电路中电感线圈参数时 ,可以改善发射电流波形 ,关断波形线性下降 ;当改善驱动信号时 ,也可以改善电流波形。实验结果表明 :这两种方法方便可行。     

坑道含水围岩瞬变电磁响应数值模拟研究

文章基于电磁场阻尼波动方程,探讨了全空间瞬变电磁三维时域有限差分算法,通过建立方形回线和设置线性关断电流,实现了数值模拟场源与实际激励场源的统一;针对坑道掘进前方岩溶含水及断层导水模型进行模拟,并通过调整模型距离、尺寸及充水性参数(以电阻率表征),获得了该2种模型条件下瞬变场的扩散规律,及各参数与回线中心瞬变场异常响应的特征关系,所得结果有助于提高坑道超前探水理论认识。     

矿井瞬变电磁法感应探头的研制及其应用

瞬变电磁法已成为电法勘探的一种重要手段,但矿井井下瞬变电磁探测系统由于需符合煤矿井下防爆的要求,其发射功率受到限制;由于井下空间条件的限制,其发射线圈面积较小,因此煤矿井下瞬变电磁法探测系统接收到的二次场信号十分微弱。针对此问题,文中首先对煤矿井下噪声的特点进了分析,在后期数据处理时,可采用正负脉冲关断响应累加、周期响应叠加等方法降低噪声的影响,但这些方法仍无法克服发射电流小导致接收信号十分微弱的不足;其次采用高磁导率磁芯和宽频低噪放大技术研制出可适用于井下电法勘探的感应探头,该感应探头具有对二次场信号增强的作用,并采法拉第屏蔽技术对感应探头进行了屏蔽处理,进一步降低了噪声的影响。标定与对比试验证明:研制出的磁感应探头具有灵敏度高、抗噪性能好等优点。最后将研制的磁探头应用在王庄煤矿的南翼大巷超前探测中,勘探到了3处异常区域,并得到了钻探验证,勘探结果说明,研制的磁探头能满足煤矿井下瞬变电磁法勘探的要求。