一種分布式電磁發(fā)射機系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種分布式電磁發(fā)射機系統(tǒng)及控制方法。所述系統(tǒng)包括：多電源模塊，多發(fā)射模塊，和可選的控制模塊；所述多電源模塊通過將多個AC/DC變換器并聯(lián)，實現(xiàn)380V交流到直流的多種轉(zhuǎn)換，使得該模塊具有電壓調(diào)節(jié)的功能；多發(fā)射模塊通過多個子發(fā)射模塊，將轉(zhuǎn)換出來的多個直流電壓信號，有選擇地傳送到多個子發(fā)射模塊，實現(xiàn)分配式發(fā)射功能；所述控制模塊由FPGA實現(xiàn)主要的控制邏輯，由MCU實現(xiàn)發(fā)射機與計算機軟件的數(shù)據(jù)通信。所述系統(tǒng)和方法可以靈活配置發(fā)射機功率容量，有效提高高頻發(fā)射電流的峰值。
【專利說明】
_種分布式電磁發(fā)射機系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種分布式電磁發(fā)射機系統(tǒng)及控制方法，進一步地涉及利用該系統(tǒng)和 方法進行電磁法勘探的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 人工源電磁法的發(fā)射源的布設(shè)，在待探測區(qū)域內(nèi)將根據(jù)工作任務(wù)，在一定的位置 布設(shè)兩個接地電極，這兩個接地電極之間的距離一般為lKm-3Km，兩個電極通過導(dǎo)結(jié)連接到 發(fā)射機上，發(fā)射機與發(fā)電機通過導(dǎo)線相連接。
[0003] CN103308950A公開了一種多功能的電磁發(fā)射儀，包括系統(tǒng)控制單元、波形合成及 保護單元、功率驅(qū)動電路、H橋電路、發(fā)射單元、顯示單元、同步模塊和存儲單元，系統(tǒng)控制單 元含有微控制器，波形合成及保護單元含有現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，四個功率M0SFET管 組成H橋發(fā)射電路，A/D采集單元由霍爾電壓傳感器和微控制器內(nèi)部A/D組成，顯示單元由電 阻式觸摸屏組成。本發(fā)明用微控制器和FPGA實現(xiàn)了多種波形的產(chǎn)生，波形數(shù)據(jù)在SD卡中可 任意修改與添加，電流值數(shù)據(jù)存儲在U盤內(nèi)及實時在觸摸屏上顯示。
[0004] CN202798170U公開了一種瞬變電磁發(fā)射裝置和使用該瞬變電磁發(fā)射裝置的瞬變 電磁發(fā)射系統(tǒng)，該瞬變電磁發(fā)射裝置包括全橋開關(guān)電路和光耦隔離輸出電路，所述全橋開 關(guān)電路包括有時序信號輸入端和負載接入端，所述光耦隔離輸出電路包括受控信號輸入端 和時序信號輸出端，所述時序信號輸出端與時序信號輸入端連接。
[0005] CN202631750U公開了一種用于地質(zhì)勘探的瞬變電磁發(fā)射裝置，包括發(fā)射天線和用 于組成橋臂的開關(guān)，其特征在于所述發(fā)射天線由小電感量發(fā)射天線和大電感量發(fā)射天線組 成，所述開關(guān)有三組，其中一組是公共組，三組開關(guān)與小電感量發(fā)射天線和大電感量發(fā)射天 線分別組成全橋發(fā)射電路。
[0006] CN204906195U公開了 一種電磁發(fā)射機，所述電磁發(fā)射機包括:發(fā)電機組，三相整流 橋、濾波電容、一級逆變橋、諧振電感、隔值電容、高頻變壓器、高頻整流橋、LC濾波電路以及 二級逆變橋;其中，所述發(fā)電機組與所述三相整流橋連接，用于輸出交流電到所述三相整流 橋;所述三相整流橋的輸出端與所述濾波電容連接，用于將輸入的三相交流電整流后形成 直流電輸出到所述濾波電容，所述濾波電容的輸出端與所述一級逆變橋連接，用于將接收 的直流電進行濾波后輸出到所述一級逆變橋，所述一級逆變橋的輸出端與所述高頻變壓器 的原邊連接，用于將接收到的濾波后的直流電逆變產(chǎn)生交流方波并輸出到所述高頻變壓器 的原邊;所述高頻變壓器的副邊與所述高頻整流橋連接，用于將接收的交流方波升壓后輸 出到所述高頻整流橋，所述高頻整流橋的輸出端與所述LC濾波電路連接，用于將所述升壓 后的交流方波整流形成直流方波，所述LC濾波電路與所述二級逆變橋連接，用于將接收的 直流方波濾波形成直流電，所述二級逆變橋?qū)⒔邮盏闹绷麟娺M行逆變后產(chǎn)生不同的方波并 輸出到輸出端口；所述諧振電感與所述隔值電容串聯(lián)在所述一級逆變橋與所述高頻變壓器 的原邊之間的線路上，所述一級逆變橋的每個功率器件上并聯(lián)有濾波電容，所述濾波電容、 諧振電感與隔值電容形成諧振回路，用于控制所述一級逆變橋;所述電磁發(fā)射機還包括與 所述一級逆變橋的滯后橋臂并聯(lián)的輔助電流源網(wǎng)絡(luò)，用于調(diào)節(jié)所述一級逆變橋的滯后橋臂 在開通和關(guān)斷過程中的電壓。
[0007] CN1445915A公開了一種用于動車組的軟開關(guān)隔離變換器，用于隔離變壓的開關(guān)變 壓器的次級經(jīng)整流器件直接連至輸出濾波電容上，在常規(guī)的高頻開關(guān)變換器的拓撲結(jié)構(gòu) 中，用可控恒流源作功率開關(guān)，通過這樣的電路結(jié)構(gòu)的簡化，提供一種沒有輸入、輸出扼流 電感的軟開關(guān)隔離變換器，在啟動過程中、穩(wěn)態(tài)工作時和負載短路保護時都不對輸入電壓 源等產(chǎn)生沖擊電流，而且輸出整流器件、可控恒流源中的功率管都是軟開關(guān)，從而降低開關(guān) 損耗和電磁干擾。
[0008] "海洋可控源電磁勘探中空氣波壓制方法研究"，汪軒等，中國地球物理，2013年， 公開了正海洋可控源電磁(MCSEM)勘探中空氣波對海底電磁響應(yīng)的影響，在淺水域勘探時， 它與來自海底地層的有效信號相互作用，會淹沒來自地層的有效信號，阻礙了淺水域MCSEM 勘探的應(yīng)用。該論文基于空氣或無限水層模型，利用水與空氣層交界面產(chǎn)生的空氣波在海 底和海水-空氣界面之間形成衰減交混回響信。
[0009] 人工源電磁法工作時，首先利用發(fā)射機給導(dǎo)線供以一定頻率的電磁信號，這種信 息通過接地電極向地下發(fā)送變化的電磁場，電磁場在向地下傳播的過程中，會在地下異常 體中激發(fā)出感應(yīng)電流，通過地面布設(shè)的接收機，接收不同供電頻率形成的電位，通過分析這 種電位信號，達到探測地下不同深度目標體的目的（可例如參見圖1)。
[0010] 如圖1所示，發(fā)射模式為集中式發(fā)射，即在人工場源大地電磁法勘探中，電磁發(fā)射 機按照一定的發(fā)射極距向大地注入交變電流，接收機通過獲取大地介質(zhì)對的響應(yīng)，來構(gòu)建 地下介質(zhì)電導(dǎo)率的分布信息。由于與電磁發(fā)射機相連接的兩個接地電極距離一般較大，需 要較長的傳輸導(dǎo)線連接發(fā)射機和接地，這樣才能形成完整的回路，實現(xiàn)電磁信號有效傳送 的功能。
[0011] 參見圖2,該圖為集中式人工源電磁發(fā)射機拓撲圖。由發(fā)電機組供出380V交流電， 交流電經(jīng)過軟啟動、不控整流橋、逆變橋H1、高頻變壓器、高頻整流橋、感容濾波、逆變輸出 等八個電路模塊，變換為脈動直流電；其中，不控整流橋由四個單向二極管組成;逆變橋H1 由4個大功率的晶體管構(gòu)成，通過4個驅(qū)動波形控制線路，將整理濾波后的直流逆變?yōu)楦哳l (20KHz)交流電；再經(jīng)過高頻變壓器將電壓抬升為高頻高壓交流電，通過高頻整流橋、感容 濾波器轉(zhuǎn)變?yōu)榫珳屎惴€(wěn)直流電；最后通過逆變輸出部分逆變?yōu)楦哳l方波信號，經(jīng)由傳輸線 注入到發(fā)射電極A和發(fā)射電極B，并由發(fā)射電極A和發(fā)射電極B供入大地中。
[0012] 但是，由電工原理可知，傳輸線上存在寄生電容、寄生電感、寄生電阻等寄生參數(shù)， 傳輸線越長，這種寄生參數(shù)的影響越大，寄生電阻會相應(yīng)的減少輸出的電流值。寄生電感增 加發(fā)射電流的上升時間，使輸出電流相位滯后于輸出電壓。當兩個電極分別位于發(fā)射機的 兩側(cè)，傳輸線完全被引向相反方向，所以傳輸線上的寄生電容可以有一定程序的抵消，但是 如果發(fā)射機不在兩個接地電極的正中間，發(fā)射機兩端的傳輸線長度不一樣，寄生電容具有 的影響。最雙向交流導(dǎo)致輸出電流峰值減小，發(fā)射系統(tǒng)輸出的有效功率隨之越小。
[0013] 特別地，傳輸線上的寄生電感對整個系統(tǒng)影響相當大，具體表現(xiàn)為：
[0014] 1)會增加電流的上升時間，使發(fā)射波形畸變；
[0015] 2)當發(fā)射高頻電流時，由于寄生電感的存在，使得整體發(fā)射機負載阻抗變大，發(fā)射 電流峰值減小，對探測深度產(chǎn)生影響。
[0016] 綜上可知，由于線上或者負載中的感性部分的影響，會使等效阻抗增大，電流有效 值降低，最終使得發(fā)射機發(fā)射的功率減小。本領(lǐng)域需要一種能夠有效克服所述缺陷的電磁 發(fā)射機系統(tǒng)及控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，從如何提高電磁發(fā)射機的大功率發(fā)射能力、增 加高頻電流峰值的角度出發(fā)，提出一種新型分布式電磁發(fā)射機系統(tǒng)及控制方法。該電磁發(fā) 射系統(tǒng)可以靈活配置發(fā)射機功率容量，有效提高高頻發(fā)射電流的峰值。
[0018] 基于上述，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案。
[0019] 在本發(fā)明的一方面，提供了一種分布式電磁發(fā)射機系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：多電源模 塊，多發(fā)射模塊，和可選的控制模塊；
[0020] 所述多電源模塊通過將多個AC/DC變換器并聯(lián)，實現(xiàn)380V交流到直流的多種(例如 500V1000V)轉(zhuǎn)換，使得該模塊具有電壓調(diào)節(jié)的功能；
[0021] 多發(fā)射模塊通過多個子發(fā)射模塊，將轉(zhuǎn)換出來的多個直流電壓信號，有選擇地傳 送到多個子發(fā)射模塊，實現(xiàn)分配式發(fā)射功能；
[0022]所述控制模塊由FPGA實現(xiàn)主要的控制邏輯，由MCU實現(xiàn)發(fā)射機與計算機軟件的數(shù) 據(jù)通信。其中FPGA(Field_Programmable Gate Array)即現(xiàn)場可編程門陣列。MCU (Microcontroller Unit)即微控制單元。
[0023]優(yōu)選地，在所述多電源模塊中，由普通的電力發(fā)電機組發(fā)出380V的交流電，并把交 流電傳送到電力發(fā)電機組的輸出端;輸出端并聯(lián)了多組大功率AC/DC電源轉(zhuǎn)換裝置，將380V 交流電壓轉(zhuǎn)換成個直流電壓;任選地，可以將多個直流電壓有選擇地發(fā)送發(fā)射模塊。
[0024]優(yōu)選地，在所述多發(fā)射模塊中，設(shè)計多個不同的子發(fā)射模塊，根據(jù)實際工作需要， 與不同的接地電極相連;通過計算機軟件控制，選擇不同的子發(fā)射模塊與不同的接地電極 相連;實現(xiàn)不同的發(fā)射位置和發(fā)射極距情況下的佳發(fā)射。
[0025]更優(yōu)選地，在所述多電源模塊中，由普通的電力發(fā)電機組發(fā)出380V的交流電，并將 交流電傳送到電力發(fā)電機組的輸出端;輸出端并聯(lián)了多組大功率AC/DC電源轉(zhuǎn)換裝置，能夠 將380V交流電壓轉(zhuǎn)換成個直流電壓；多組AC/DC電源模塊輸出并聯(lián)到直流母線，通過上位機 軟件能夠配置每個AC/DC電源模塊的輸出功率等級，多個AC/DC并聯(lián)能夠有效提高發(fā)射系統(tǒng) 的輸出功率;直流母線連接多個發(fā)射模塊，每個發(fā)射模塊安裝在靠近接地電極的位置，每個 發(fā)射模塊對應(yīng)一個接地發(fā)射電極;通過上位機軟件選擇使能具體的發(fā)射模塊，能夠?qū)⒍鄠€ 直流電壓有選擇地發(fā)送到發(fā)射模塊。在一個優(yōu)選實施方式中，電源模塊所對主對應(yīng)的線路 拓撲結(jié)構(gòu)為：電源AC 380V為工頻電力發(fā)電機組，三相發(fā)電機的輸出連接到AC/DC模塊的不 控整流器輸出側(cè)，不控整流橋由二極管D1-D6組成，不控整流器的輸出連接大容量電解電容 濾波器C1，并且連接到晶體管S1-S4構(gòu)成的高頻逆變橋，高頻逆變橋輸出一端連接到隔直電 容器C2的一端，C2的另一端與高頻逆變橋的另一輸出端連接到高頻變壓器，高頻變壓器輸 出側(cè)由兩組副邊繞組構(gòu)成，分別整流濾波后串聯(lián)輸出;AC/DC功率變換器實現(xiàn)交流到直流的 轉(zhuǎn)換，并且具有電壓調(diào)節(jié)、前后級隔離、輸出過壓過流保護、軟啟動等功能。
[0026]在所述二極管D1-D6和晶體管S1-S4中，灌封材料為有機硅材料。進一步地，所述有 機硅材料為通過如下方法制備的有機硅材料，該方法包括：
[0027] (1)將100份乙烯基硅油和0 ? 02~1份Pt催化劑加入雙行星動力混合機內(nèi)，在自轉(zhuǎn) 速度200~1000r/min、公轉(zhuǎn)速度10~20r/min的條件下攪拌0.5~lh制得組份A;
[0028] (2)將80~90份乙烯基硅油、5~25份市售聚硅氧烷擴鏈劑、0.5~5份市售硅烷交 聯(lián)劑和0.1~1份馬來酸乙烯基酯抑制劑加入雙行星動力混合機內(nèi)，在自轉(zhuǎn)速度200~ 1000r/min、公轉(zhuǎn)速度10~20r/min條件下攪拌0.5~lh制得組份B;
[0029] (3)將A、B按摩爾比1:3~3:1混合均勻后真空脫泡，然后在恒溫干燥箱中固化即得 有機硅材料。
[0030] 如本領(lǐng)域技術(shù)人員通常所理解，所述份數(shù)以重量份計。
[0031] 優(yōu)選地，所述乙烯基硅油為下式（1)或(2)所示的硅油或其組合物：
[0032] ViMe2SiO(Me2SiO)nSiMe2Vi (式1)
[0033] Me3SiO(Me2SiO)n(MeViSiO)mSiMe 3 (式2)
[0034] 其中，n等于15-40，優(yōu)選20-30 ;Me為甲基，Vi為乙烯基;優(yōu)選為其二者的組合物，二 者的比例優(yōu)選為1:10~1:5(重量）。
[0035] 使用該有機硅材料灌封時，經(jīng)振動、高低溫存儲、機械沖擊、穩(wěn)態(tài)濕熱及溫度循環(huán) 等測試，完全滿足封裝廠家的各項因數(shù)評估試驗。
[0036] 進一步地，F(xiàn)PGA的主要功能包括解析命令信息，讀取GPS時間，計算發(fā)射頻點，產(chǎn)生 IGBT同步驅(qū)動信號，采集電壓、電流信息;MCU主要功能包括配置信息的保存和讀取，與計算 機軟件通信，與FPGA模塊通信。
[0037]優(yōu)選地，發(fā)射頻率信息和發(fā)射的起止時刻預(yù)先寫入tf卡中，上電時M⑶通過SD10接 口從tf卡中導(dǎo)入頻率和時間信息;M⑶通過SPI接口與FPGA模塊通信，將頻率信息和發(fā)射時 間信息寫入到FPGA中對應(yīng)的寄存器中，并從FPAG中讀取母線電壓、發(fā)射電流和GPS時間等信 息;MCU通過UART接口與計算機軟件通信，接收計算機軟件發(fā)送的控制命令，將發(fā)射狀態(tài)、電 壓、電流、GPS時間等信息發(fā)送到計算機軟件。
[0038] 在本發(fā)明的另一方面，還提供了控制上述系統(tǒng)的方法，該方法包括：由普通的電力 發(fā)電機組發(fā)出380V的交流電，并將交流電傳送到電力發(fā)電機組的輸出端;輸出端并聯(lián)多組 大功率AC/DC電源轉(zhuǎn)換裝置，將380V交流電壓轉(zhuǎn)換成個直流電壓;任選地，將多個直流電壓 有選擇地發(fā)送發(fā)射模塊;設(shè)計多個不同的子發(fā)射模塊，根據(jù)實際工作需要，可以與不同的接 地電極相連;通過計算機軟件控制，選擇不同的子發(fā)射模塊與不同的接地電極相連，實現(xiàn)不 同的發(fā)射位置和發(fā)射極距情況下的佳發(fā)射;在發(fā)射機總體控制結(jié)構(gòu)中，由FPGA實現(xiàn)主要的 控制邏輯，由MCU實現(xiàn)發(fā)射機與計算機軟件的數(shù)據(jù)通信;FPGA的主要功能包括解析命令信 息，讀取GPS時間，計算發(fā)射頻點，產(chǎn)生IGBT同步驅(qū)動信號，采集電壓、電流信息。
[0039] 在本發(fā)明的又一方面，提供了上述系統(tǒng)或方法在人工場源大地電磁法勘探中的應(yīng) 用，用于構(gòu)建地下介質(zhì)電導(dǎo)率的分布信息。
[0040] 優(yōu)選地，其通過提高電磁發(fā)射機的大功率發(fā)射能力、增加高頻電流峰值，來實現(xiàn)電 磁信號的有效傳送，從而構(gòu)建地下介質(zhì)電導(dǎo)率的分布信息。
[0041] 具體地，本發(fā)明的系統(tǒng)可以包括：
[0042] 1)多電源模塊:通過多個AC/DC變換器并聯(lián)，實現(xiàn)380V交流到直流的多種(500V 1000V)轉(zhuǎn)換，該模塊具有電壓調(diào)節(jié)的功能。具體地：
[0043]由普通的電力發(fā)電機組發(fā)出380V的交流電，并把交流電傳送到電力發(fā)電機組的輸 出端;輸出端并聯(lián)了多組大功率AC/DC電源轉(zhuǎn)換裝置，可以把380V交流電壓轉(zhuǎn)換成個直流電 壓;可以對多個直流電壓有選擇地發(fā)送發(fā)射模塊。
[0044] 2)多發(fā)射模塊:通過多個子發(fā)射模塊，把轉(zhuǎn)換出來的多個直流電壓信號，有選擇地 傳送到多個子發(fā)射模塊，實現(xiàn)分配式發(fā)射功能。具體地:設(shè)計了多個不同的子發(fā)射模塊，根 據(jù)實際工作需要，可以與不同的接地電極相連;通過計算機軟件控制，選擇不同的子發(fā)射模 塊與不同的接地電極相連;實現(xiàn)不同的發(fā)射位置和發(fā)射極距情況下的佳發(fā)射。
[0045] 更具體地，對于多電源模塊:如圖3所示，通過多個交直流變換器(AC/DC)并聯(lián)，實 現(xiàn)380V交流到直流的多種(500V1000V)轉(zhuǎn)換，該模塊具有電壓調(diào)節(jié)的功能。具體地：由普 通的電力發(fā)電機組發(fā)出380V的交流電，并把交流電傳送到電力發(fā)電機組的輸出端;輸出端 并聯(lián)了多組大功率AC/DC電源轉(zhuǎn)換裝置，可以把380V交流電壓轉(zhuǎn)換成個直流電壓；多組AC/ DC電源模塊輸出并聯(lián)到直流母線，通過上位機軟開能夠配置每個AC/DC電源模塊的輸出功 率等級，多個AC/DC并聯(lián)可有效提高發(fā)射系統(tǒng)的輸出功率。直流母線連接多個發(fā)射模塊，每 個發(fā)射模塊安裝在靠近接地電極的位置，每個發(fā)射模塊對應(yīng)一個接地發(fā)射電極。通過上位 機軟件選擇使能具體的發(fā)射模塊，可以把多個直流電壓有選擇地發(fā)送到發(fā)射模塊。
[0046] 對于圖3中的電源模塊所對主對應(yīng)的具體線路拓撲圖如圖4所示：電源AC 380V為 工頻電力發(fā)電機組，三相發(fā)電機的輸出連接到AC/DC模塊的不控整流器輸出側(cè)，如圖4所示， 不控整流橋由二極管D1-D6組成，不控整流器的輸出連接大容量電解電容濾波器C1，并且連 接到晶體管S1-S4構(gòu)成的高頻逆變橋，高頻逆變橋輸出一端連接到隔直電容器C2的一端，C2 的另一端與高頻逆變橋的另一輸出端連接到高頻變壓器，高頻變壓器輸出側(cè)由兩組副邊繞 組構(gòu)成，分別整流濾波后串聯(lián)輸出。AC/DC功率變換器實現(xiàn)交流到直流的轉(zhuǎn)換，并且具有電 壓調(diào)節(jié)、前后級隔離、輸出過壓過流保護、軟啟動等功能。
[0047]具體地，對于多發(fā)射模塊:如圖3所示，通過上位機軟件選擇子發(fā)射模塊1和子發(fā)射 模塊2使能，其他模塊關(guān)閉，此時對應(yīng)的發(fā)射位置為自發(fā)射模塊1處的接地電極和子發(fā)射模 塊2處的接地電極，發(fā)射極距為上述兩個接地電極之間的距離。類似的，可以通過上位機軟 件選擇使能其他模塊進行發(fā)射以構(gòu)成不同的發(fā)射位置和發(fā)射極距切換發(fā)射電極靈活方便。 也可只安裝兩個發(fā)射模塊。
[0048]對于圖3中的發(fā)射模塊所對主對應(yīng)的具體線路拓撲圖如圖5所示。
[0049]在發(fā)射模塊中，可通過多個子發(fā)射模塊，把轉(zhuǎn)換出來的多個直流電壓信號，有選擇 地傳送到多個子發(fā)射模塊，實現(xiàn)分配式發(fā)射功能。具體地:設(shè)計了多個不同的子發(fā)射模塊， 每個發(fā)射子模塊包含由兩個晶體管組成的發(fā)射半橋，由一個晶體管組成的續(xù)流回路，由二 極管和薄膜電容構(gòu)成的單相導(dǎo)通濾波電路。根據(jù)實際工作需要，可以與不同的接地電極相 連;通過計算機軟件控制，選擇不同的子發(fā)射模塊與不同的接地電極相連;實現(xiàn)不同的發(fā)射 位置和發(fā)射極距情況下的佳發(fā)射。
[0050]發(fā)射模塊安置在接近發(fā)射電極的位置。每個模塊包含一套邏輯控制與檢測電路， 由GPS授時電路、波形控制電路、驅(qū)動電路、電壓檢測電路、電流檢測電路、信號調(diào)理電路構(gòu) 成。
[0051 ]在控制結(jié)構(gòu)模塊中，發(fā)射機總體控制結(jié)構(gòu)框圖如圖6所示，由FPGA實現(xiàn)主要的控制 邏輯，由MCU實現(xiàn)發(fā)射機與計算機軟件的數(shù)據(jù)通信。FPGA的主要功能包括解析命令信息，讀 取GPS時間，計算發(fā)射頻點，產(chǎn)生IGBT同步驅(qū)動信號，采集電壓、電流信息。
[0052] M⑶主要功能包括配置信息的保存和讀取，與計算機軟件通信，與FPGA模塊通信。 發(fā)射頻率信息和發(fā)射的起止時刻預(yù)先寫入tf卡中，上電時MCU通過SDI0接口從tf卡中導(dǎo)入 頻率和時間信息。M⑶通過SPI接口與FPGA模塊通信，將頻率信息和發(fā)射時間信息寫入到 FPGA中對應(yīng)的寄存器中，并從FPAG中讀取母線電壓、發(fā)射電流和GPS時間等信息。MCU通過 UART接口與計算機軟件通信，接收計算機軟件發(fā)送的控制命令，將發(fā)射狀態(tài)、電壓、電流、 GPS時間等信息發(fā)送到計算機軟件。
[0053]按邏輯控制與檢測電路結(jié)構(gòu)圖：
[0054]發(fā)射電壓與發(fā)射電流檢測電路由信號采集和數(shù)模轉(zhuǎn)換兩部分構(gòu)成，電壓信號檢測 采用隔離放大器AD202作為檢測元件。AD202通過內(nèi)部變壓器耦合，對隔離放大器的輸入和 輸出進行電氣隔離。片內(nèi)的直流電壓變換電路能為輸入級、外部傳感器和信號處理電路提 供±7.5V、2mA的隔離電源。電流信號采集采用隔離放大器HCPL-7840作為電流檢測元件。主 要用于電流檢測和模擬信號的隔離。數(shù)模轉(zhuǎn)換選用具有SPI接口的AD7606多路高速AD轉(zhuǎn)換 器，可以同時對發(fā)射電壓和電流信號進行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)果通過SPI接口傳輸?shù)紽PGA中，經(jīng)由 MCU傳輸?shù)接嬎銠C控制軟件顯示。
【附圖說明】
[0055] 圖1是人工源電磁法發(fā)射裝置示意圖；
[0056] 圖2是集中式人工源電磁法發(fā)射工作原理；
[0057] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；
[0058]圖4是根據(jù)本發(fā)明的多電源模塊示意圖；
[0059 ]圖5是根據(jù)本發(fā)明的多發(fā)射接口模塊示意圖；
[0060] 圖6是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射機控制結(jié)構(gòu)框圖；
[0061] 圖7-1接地電極發(fā)射驅(qū)動波形圖（電極A);
[0062] 圖7-2接地電極發(fā)射驅(qū)動波形圖（電極B);
[0063] 圖8(a)是常規(guī)情況下發(fā)射波形(40V供電）；
[0064] 圖8(b)是常規(guī)情況下發(fā)射波形(80V供電）；
[0065] 圖9(a)是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射波形(40V供電）；
[0066] 圖9 (b)是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射波形(80V供電）。 具體實施方案
[0067] 下面結(jié)合以下實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于 此。
[0068] 實施例1
[0069] 采用本發(fā)明的上述系統(tǒng)，在計算機控制軟件上，選擇兩個發(fā)射子模塊，選擇方法由 具體的發(fā)射探測任務(wù)確定，計算機控制軟件發(fā)送控制命令，打開并配置選擇的兩個子模塊， 將其中一個模塊配置為電極A，另一個模塊配置為電極B，發(fā)射子模塊根據(jù)接收到的控制命 令和配置信息選擇對應(yīng)的驅(qū)動波形（如圖7-1和7-2所示）。其中S1驅(qū)動波形對應(yīng)圖5中IGBT 模塊SI，S2驅(qū)動波形對應(yīng)圖5中IGBT模塊S2，S3驅(qū)動波形對應(yīng)圖5中IGBT模塊S3。
[0070] 發(fā)射波形對比：
[0071]圖8(a)、（b)和圖9(a)、（b)分別是集中式發(fā)射機與根據(jù)實施例1的分布式結(jié)構(gòu)發(fā)射 機在實驗室條件下的發(fā)射波形對比圖，分別采用40V和80V供電時采集到的輸出電壓和電流 波形圖，其中圖8(a)、（b)是集中式發(fā)射機發(fā)射波形圖，圖9(a)、（b)是分布式結(jié)構(gòu)發(fā)射波形 圖。表1為兩種發(fā)射結(jié)構(gòu)在上述測試條件下輸出的峰值電流數(shù)據(jù)。
[0072]表1兩種結(jié)構(gòu)發(fā)射電流峰值對比
[0074]由表1清楚地可以看出，采用本發(fā)明的分布式電磁發(fā)射機系統(tǒng)，具有明顯更高的發(fā) 射電流峰值。
[0075]本書面描述使用實例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠 制造和使用本發(fā)明。本發(fā)明的可授予專利的范圍由權(quán)利要求書限定，且可以包括本領(lǐng)域技 術(shù)人員想到的其它實例。如果這種其它實例具有不異于權(quán)利要求書的字面語言的結(jié)構(gòu)元 素，或者如果這種其它實例包括與權(quán)利要求書的字面語言無實質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)元素， 則這種其它實例意圖處于權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。在不會造成不一致的程度下，通過參考 將本文中參考的所有引用之處并入本文中。
【主權(quán)項】
1. 一種分布式電磁發(fā)射機系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:多電源模塊，多發(fā)射模塊，和可選的控制 豐旲塊； 所述多電源模塊通過將多個AC/DC變換器并聯(lián)，實現(xiàn)380V交流到直流的多種（例如 500V1000 V)轉(zhuǎn)換，使得該模塊具有電壓調(diào)節(jié)的功能； 多發(fā)射模塊通過多個子發(fā)射模塊，將轉(zhuǎn)換出來的多個直流電壓信號，有選擇地傳送到 多個子發(fā)射模塊，實現(xiàn)分配式發(fā)射功能； 所述控制模塊由FPGA實現(xiàn)主要的控制邏輯，由MCU實現(xiàn)發(fā)射機與計算機軟件的數(shù)據(jù)通 {目。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中在所述多電源模塊中，由普通的電力發(fā)電機組發(fā)出 380V的交流電，并把交流電傳送到電力發(fā)電機組的輸出端;輸出端并聯(lián)了多組大功率AC/DC 電源轉(zhuǎn)換裝置，將380V交流電壓轉(zhuǎn)換成個直流電壓;任選地，可以將多個直流電壓有選擇地 發(fā)送發(fā)射模塊。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中在所述多發(fā)射模塊中，設(shè)計了多個不同的子發(fā) 射模塊，根據(jù)實際工作需要，與不同的接地電極相連;通過計算機軟件控制，選擇不同的子 發(fā)射模塊與不同的接地電極相連;實現(xiàn)不同的發(fā)射位置和發(fā)射極距情況下的佳發(fā)射。4. 根據(jù)前述權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中在所述多電源模塊中，由普通的電力發(fā)電機組 發(fā)出380V的交流電，并將交流電傳送到電力發(fā)電機組的輸出端;輸出端并聯(lián)了多組大功率 AC/DC電源轉(zhuǎn)換裝置，能夠?qū)?80V交流電壓轉(zhuǎn)換成個直流電壓；多組AC/DC電源模塊輸出并 聯(lián)到直流母線，通過上位機軟開能夠配置每個AC/DC電源模塊的輸出功率等級，多個AC/DC 并聯(lián)能夠有效提高發(fā)射系統(tǒng)的輸出功率;直流母線連接多個發(fā)射模塊，每個發(fā)射模塊安裝 在靠近接地電極的位置，每個發(fā)射模塊對應(yīng)一個接地發(fā)射電極;通過上位機軟件選擇使能 具體的發(fā)射模塊，能夠?qū)⒍鄠€直流電壓有選擇地發(fā)送到發(fā)射模塊。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中電源模塊所對主對應(yīng)的線路拓撲結(jié)構(gòu)為：電源AC 380V為工頻電力發(fā)電機組，三相發(fā)電機的輸出連接到AC/DC模塊的不控整流器輸出側(cè)，不控 整流橋由二極管D1-D6組成，不控整流器的輸出連接大容量電解電容濾波器Cl，并且連接到 晶體管S1-S4構(gòu)成的高頻逆變橋，高頻逆變橋輸出一端連接到隔直電容器C2的一端，C2的另 一端與高頻逆變橋的另一輸出端連接到高頻變壓器，高頻變壓器輸出側(cè)由兩組副邊繞組構(gòu) 成，分別整流濾波后串聯(lián)輸出；AC/DC功率變換器實現(xiàn)交流到直流的轉(zhuǎn)換，并且具有電壓調(diào) 節(jié)、前后級隔離、輸出過壓過流保護、軟啟動等功能。6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中FPGA的主要功能包括解析命令信息， 讀取GPS時間，計算發(fā)射頻點，產(chǎn)生IGBT同步驅(qū)動信號，采集電壓、電流信息;MCU主要功能包 括配置信息的保存和讀取，與計算機軟件通信，與FPGA模塊通信。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，發(fā)射頻率信息和發(fā)射的起止時刻預(yù)先寫入tf卡中，上電 時MCU通過SDIO接口從tf卡中導(dǎo)入頻率和時間信息;M⑶通過SPI接口與FPGA模塊通信，將頻 率信息和發(fā)射時間信息寫入到FPGA中對應(yīng)的寄存器中，并從FPAG中讀取母線電壓、發(fā)射電 流和GPS時間等信息;MCU通過UART接口與計算機軟件通信，接收計算機軟件發(fā)送的控制命 令，將發(fā)射狀態(tài)、電壓、電流、GPS時間等信息發(fā)送到計算機軟件。8. -種控制權(quán)利要求1-7中任一項所述的系統(tǒng)的方法，該方法包括： 由普通的電力發(fā)電機組發(fā)出380V的交流電，并將交流電傳送到電力發(fā)電機組的輸出 端;輸出端并聯(lián)多組大功率AC/DC電源轉(zhuǎn)換裝置，將380V交流電壓轉(zhuǎn)換成個直流電壓;任選 地，將多個直流電壓有選擇地發(fā)送發(fā)射模塊； 設(shè)計多個不同的子發(fā)射模塊，根據(jù)實際工作需要，可以與不同的接地電極相連;通過計 算機軟件控制，選擇不同的子發(fā)射模塊與不同的接地電極相連，實現(xiàn)不同的發(fā)射位置和發(fā) 射極距情況下的佳發(fā)射； 在發(fā)射機總體控制結(jié)構(gòu)中，由FPGA實現(xiàn)主要的控制邏輯，由MCU實現(xiàn)發(fā)射機與計算機軟 件的數(shù)據(jù)通信;FPGA的主要功能包括解析命令信息，讀取GPS時間，計算發(fā)射頻點，產(chǎn)生IGBT 同步驅(qū)動信號，采集電壓、電流信息。9. 權(quán)利要求1-7任一項所述的系統(tǒng)或權(quán)利要求8的方法在人工場源大地電磁法勘探中 的應(yīng)用，用于構(gòu)建地下介質(zhì)電導(dǎo)率的分布信息。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其通過提高電磁發(fā)射機的大功率發(fā)射能力、增加高頻 電流峰值，來實現(xiàn)電磁信號的有效傳送，從而構(gòu)建地下介質(zhì)電導(dǎo)率的分布信息。
【文檔編號】H02M3/335GK105911597SQ201610218445
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月11日
【發(fā)明人】底青云, 張鳴, 張一鳴, 郭兵, 薛國強
【申請人】中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所