本發(fā)明涉及探測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種交錯布設(shè)的電磁發(fā)射機系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

可控源電磁法勘探用發(fā)射機是通過供電電極線，向接入大地中的電極注入交變電流的一種裝置，它通常包括柴油發(fā)電機1、AC/DC模塊2、發(fā)射模塊3，以及供電線4和供電電極5，如圖1所示。

對于電磁法勘探而言，發(fā)射機兩個供電電極5的極距可以達到數(shù)公里，那么供電4線上的寄生參數(shù)就必然對發(fā)射波形產(chǎn)生一定的影響。由于供電線分布于發(fā)射機兩側(cè)，所以供電線的寄生電容通常較小，可以忽略不計；供電線通常是導(dǎo)電能力很強的金屬材質(zhì)，所以，其電阻通常也很小，可以忽略；影響發(fā)射機發(fā)射電流的主要是供電線的寄生電感的作用，由于電感具有阻礙電流變化的作用，所以，寄生電感將導(dǎo)致發(fā)射電流在交變的過程中，變化變慢，在發(fā)射高頻信號時，導(dǎo)致發(fā)射的有效電流減小，發(fā)射功率降低，接收機獲得的信號較弱，從而收發(fā)距不能夠增大，到了低頻區(qū)，較小的收發(fā)距，很容易使得接收機進入了近場區(qū)，使得后續(xù)的數(shù)據(jù)處理時需要做近場校正，不僅增加了一個校正工序，同時也由于校正而帶來了數(shù)據(jù)誤差。同時，傳統(tǒng)發(fā)射機利用提高發(fā)射電壓來提高發(fā)射電流的方法效果非常有限，AB電極距較大的條件下，甚至看不出有提高發(fā)射高頻電流的能力，同時，太高的發(fā)射電壓，給儀器的研制上帶來了很多問題，比如，器件的電壓應(yīng)力，電流應(yīng)力都會變得異常的大，儀器的復(fù)雜度也增加了。而且，較小的收發(fā)距離，也限制了野外施工的效率，增加了野外施工的工作量。因此對于電磁法發(fā)射機而言，發(fā)射高頻大電流是一直期待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中電磁法發(fā)射機不能有效進行大發(fā)射極距條件下高頻大電流發(fā)射的技術(shù)問題，提供一種交錯布設(shè)的電磁發(fā)射機系統(tǒng)，有效提高了大發(fā)射極距高頻發(fā)射電流。

本發(fā)明的實施例提供一種交錯布設(shè)的電磁發(fā)射機系統(tǒng)，所述電磁發(fā)射機系統(tǒng)包括第一發(fā)射機、第二發(fā)射機、第一電極、第二電極、第三電極及第四電極；

所述第一發(fā)射機具有第一H逆變橋及第二H逆變橋，所述第二發(fā)射機具有第三H逆變橋及第四H逆變橋；

所述第一H逆變橋的左橋臂通過供電線與第一電極相連接，所述第二H逆變橋的左橋臂通過供電線與第二電極相連接；

所述第三H逆變橋的右橋臂通過供電線與第三電極相連接，所述第四H逆變橋的右橋臂通過供電線與第四電極相連接；

所述第一H逆變橋的右橋臂通過第一電阻與所述第三H逆變橋的左橋臂相連接，所述第二H逆變橋的右橋臂通過第二電阻與所述第四逆變橋的左橋臂相連接，所述第一H逆變橋左下與右下的兩個開關(guān)管連接處分別通過第一二極管及第二二極管與第三H逆變橋左下和右下的兩個開關(guān)管連接處相連接，所述第二H逆變橋左下與右下的兩個開關(guān)管連接處分別通過第三二極管及第四二極管與第四H逆變橋左下和右下的兩個開關(guān)管連接處相連接，其中第一二極管與第二二極管的極性相反，第三二極管與第四二極管的極性相反；

還包括控制模塊，所述控制模塊用于控制每個H逆變橋按照同一種模式工作。

優(yōu)選地，所述工作模式包括，

第一種工作模式：每個H逆變橋的左上橋臂與右下橋臂同時導(dǎo)通，左下橋臂與右上橋臂同時關(guān)斷；

第二種工作模式：每個H逆變橋的左下橋臂與右上橋臂同時導(dǎo)通，左上橋臂與右下橋臂同時關(guān)斷；

第三種工作模式：每個H逆變橋的橋臂都關(guān)斷。

優(yōu)選地，所述第一發(fā)射機還包括依次電連接的第一柴油發(fā)電機、第一AC/DC整流模塊及第一發(fā)射模塊；所述第二發(fā)射機還包括依次電連接的第二柴油發(fā)電機、第二AC/DC整流模塊及第二發(fā)射模塊；

所述第一發(fā)射模塊具有所述第一H逆變橋及第二H逆變橋，所述第二發(fā)射模塊具有所述第三H逆變橋及第四H逆變橋。

優(yōu)選地，所述第一AC/DC整流模塊包括第一不可控整流橋模塊，及與所述第一不可控整流橋模塊相連接的第一PWM DC/DC變換器，所述第一PWM DC/DC變換器輸出兩個獨立的隔離電壓分別用于給所述第一H逆變橋及第二H逆變橋供電。

優(yōu)選地，所述第二AC/DC整流模塊包括第二不可控整流橋模塊，及與所述第二不可控整流橋模塊相連接的第二PWM DC/DC變換器，所述第二PWM DC/DC變換器輸出兩個獨立的隔離電壓分別用于給所述第三H逆變橋及第四H逆變橋供電。

優(yōu)選地，所述開關(guān)管為MOSFET或IGBT。

本發(fā)明的實施例還提供一種上述交錯布設(shè)的電磁發(fā)射機系統(tǒng)的控制方法，所述控制方法包括：

控制每個H逆變橋的左上橋臂與右下橋臂同時導(dǎo)通，左下橋臂與右上橋臂同時關(guān)斷，給所述第一電極與第三電極和/或第二電極與第四電極同時供電工作；

控制每個H逆變橋的左下橋臂與右上橋臂同時導(dǎo)通，左上橋臂與右下橋臂同時關(guān)斷，給所述第二電極與第四電極和/或第一電極與第三電極同時供電工作；

控制每個H逆變橋的橋臂都關(guān)斷，第一電極、第二電極、第三電極及第四電極停止工作。

優(yōu)選地，控制對應(yīng)橋臂導(dǎo)通或關(guān)斷的具體方法為：

控制模塊控制發(fā)出同一方波控制信號，控制所述對應(yīng)橋臂上的開關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷。

優(yōu)選地，所述開光管為MOSFET或IGBT。

優(yōu)選地，針對每個電極，滿足其中，R₀為對應(yīng)電極的等效接地電阻，L為對應(yīng)單根電極供電線的電感，f為對應(yīng)電極的發(fā)射頻率。

本發(fā)明的實施例提供的一種交錯布設(shè)的電磁發(fā)射機系統(tǒng)，通過設(shè)置四個H逆變橋交錯驅(qū)動第一電極、第二電極、第三電極及第四電極的工作，通過控制H逆變橋按照同一種模式工作，不僅避開了供電線電感的作用，而且還令供電線的電感在系統(tǒng)中發(fā)揮作用，有效減小了電流的上升時間，從而在發(fā)射高頻的時候，有效提高了其高頻發(fā)射電流。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的電磁發(fā)射機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種實施例的交錯布設(shè)的電磁發(fā)射機系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一種實施例的交錯布設(shè)的電磁發(fā)射機系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)中的電磁發(fā)射機系統(tǒng)的發(fā)射電流波形圖。

圖中，11-第一柴油發(fā)電機；12-第一不可控整流橋模塊；13-第一PWM DC/DC變換器；21-第二柴油發(fā)電機；22-第二不可控整流橋模塊；23-第二PWM DC/DC變換器；31-第一發(fā)射模塊；32-第二發(fā)射模塊；41-第一電極；42-第二電極；43-第三電極；44-第四電極；311-第一H逆變橋；312-第二H逆變橋；321-第三H逆變橋；322-第四H逆變橋。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明：

如圖2所示，本發(fā)明的實施例提供一種交錯布設(shè)的電磁發(fā)射機系統(tǒng)，所述交錯布設(shè)的電磁發(fā)射機系統(tǒng)包括第一發(fā)射機、第二發(fā)射機、第一電極41、第二電極42、第三電極43及第四電極44；

所述第一發(fā)射機具有第一H逆變橋311及第二H逆變橋312，所述第二發(fā)射機具有第三H逆變橋321及第四H逆變橋322；

所述第一H逆變橋311的左橋臂通過供電線與第一電極41相連接，所述第二H逆變橋312的左橋臂通過供電線與第二電極42相連接；

所述第三H逆變橋321的右橋臂通過供電線與第三電極43相連接，所述第四H逆變橋322的右橋臂通過供電線與第四電極44相連接；

所述第一H逆變橋311的右橋臂通過第一電阻R1與所述第三H逆變器321的左橋臂相連接，所述第二H逆變橋312的右橋臂通過第二電阻R2與所述第四H逆變橋322的左橋臂相連接，所述第一H逆變橋311左下與右下的兩個開關(guān)管連接處(低電平位置)分別通過第一二極管D1和第二二極管D2與第三H逆變橋321左下和右下的兩個開關(guān)管連接處(低電平位置)相連接，所述第二H逆變橋312左下與右下的兩個開關(guān)管連接處(低電平位置)分別通過第三二極管D3和第四二極管D4與第四H逆變橋322左下和右下的兩個開關(guān)管連接處(低電平位置)相連接，其中第一二極管D1與第二二極管D2的極性相反，第三二極管D3與第四二極管D4的極性相反。即第一H逆變橋311的低電平位置分別連接第一二極管D1的正極端、第二二極管D2的負極端，第三H逆變橋321的低電平位置分別連接第一二極管D1的負極端、第二二極管D2的正極端，同樣，第二H逆變橋312的低電平位置分別連接第三二極管D3的正極端、第四二極管D4的負極端，第四H逆變橋322的低電平位置分別連接第三二極管D3的負極端、第四二極管D4的正極端。所述二極管可以采用快速恢復(fù)二極管或者肖特基二極管。

所述電磁發(fā)射機系統(tǒng)還包括控制模塊(圖中未示出)，所述控制模塊用于控制每個H逆變橋按照同一種模式工作。

本實施例中，距離第一發(fā)射機左邊某一個極距的地方放置所述第一電極41了，在第一發(fā)射機旁邊放置所述第二電極42，在第二發(fā)射機旁邊放置所述第三電極43，在距離第二發(fā)射機右邊某一個極距的地方放置所述第四電極44。具體的極距可以根據(jù)實際情況進行設(shè)定。

本實施例中所述的工作模式包括：每個H逆變橋的左上橋臂與右下橋臂導(dǎo)通，左下橋臂與右上橋臂關(guān)閉；每個H逆變橋的左上橋臂與右下橋臂關(guān)閉，左下橋臂與右上橋臂導(dǎo)通；每個H逆變橋的左上橋臂、左下橋臂、右上橋臂及右下橋臂都關(guān)斷等模式。

進一步地，所述第一發(fā)射機還包括依次電連接的第一柴油發(fā)電機11、第一AC/DC整流模塊及第一發(fā)射模塊31；所述第二發(fā)射機還包括依次電連接的第二柴油發(fā)電機21、第二AC/DC整流模塊22及第二發(fā)射模塊23；

所述第一發(fā)射模塊31具有所述第一H逆變橋311及第二H逆變橋312，所述第二發(fā)射模塊32具有所述第三H逆變橋321及第四H逆變橋322。

所述第一AC/DC整流模塊包括第一不可控整流橋模塊12及與所述第一不可控整流橋模塊12相連接的第一PWM DC/DC變換器13，所述第一PWM DC/DC變換器13輸出兩個獨立的隔離電壓Ua1、Ub1分別用于給所述第一H逆變橋311及第二H逆變器312供電。

所述第二AC/DC整流模塊包括第二不可控整流橋模塊22及與所述第二不可控整流橋模塊22相連接的第二PWM DC/DC變換器23，所述第二PWM DC/DC變換器23輸出兩個獨立的隔離電壓Ua2、Ub2分別用于給所述第三H逆變橋321及第四H逆變橋322供電。

本發(fā)明上述實施例中所述的交錯布設(shè)的電磁發(fā)射機系統(tǒng)，利用同步技術(shù)，只要確保兩個發(fā)射機發(fā)射橋臂的工作模態(tài)是一致的，那么這個雙發(fā)射機系統(tǒng)就可以很好地工作起來。這種雙發(fā)射機的施工結(jié)構(gòu)，不僅避開了供電線電感的作用，而且還令供電線的電感在系統(tǒng)中發(fā)揮作用，對減小電流的上升時間具有貢獻，從而確保了在發(fā)射高頻的時候，具有更高的發(fā)射電流。

下面將描述本發(fā)明上述實施例的交錯布設(shè)的電磁發(fā)射機系統(tǒng)的控制方法，所述控制方法包括：

控制每個H逆變橋的左上橋臂與右下橋臂同時導(dǎo)通，左下橋臂與右上橋臂同時關(guān)斷，給所述第一電極與第三電極和/或第二電極與第四電極同時供電工作；

控制每個H逆變橋的左下橋臂與右上橋臂同時導(dǎo)通，左上橋臂與右下橋臂同時關(guān)斷，給所述第二電極與第四電極和/或第一電極與第三電極同時供電工作；

控制每個H逆變橋的橋臂都關(guān)斷，第一電極、第二電極、第三電極及第四電極停止工作。

具體地，結(jié)合圖2所示，柴油發(fā)電機發(fā)出220V/50Hz三相電Va、Vb、Vc給系統(tǒng)提供能源，三相電通過不可控整流橋獲得一個直流電壓U，該直流電壓U通過PWM DC/DC變換器獲得兩個獨立的隔離電壓Ua、Ub，Ua、Ub通過兩組H逆變橋給電極供電，這里假設(shè)第一H逆變橋311的供電電壓為Ua1，第二H逆變橋312的供電電壓為Ub1，第三H逆變橋321的供電電壓為Ua2，第四H逆變橋322的供電電壓為Ub2。同時，這四個H逆變橋共用一組驅(qū)動信號，確保兩組逆變橋的對應(yīng)橋臂及開關(guān)管的開關(guān)動作一致。本實施例中，優(yōu)選地，控制對應(yīng)橋臂工作的方式為：控制模塊控制發(fā)出同一方波控制信號，控制所述對應(yīng)橋臂上的開關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷。

這里以每個H逆變橋的右上橋臂及左下橋臂的開關(guān)管導(dǎo)通，右下橋臂及左上橋臂的開關(guān)管關(guān)斷為列進行說明，其中，所述第二發(fā)射機的第一個電壓Ua2的通電回路為：Ua2正→第三H逆變橋右上橋開關(guān)管S2c→第三電極43→第一電極41→第一H逆變橋左下橋臂開關(guān)管S3a→第一二極管D1→Ua2負；所述第一發(fā)射機的第一個電壓Ua1的通電回路為：Ua1正→第一H逆變橋右上橋臂開關(guān)管S2a→第一電阻R1→第三H逆變橋左下橋臂開關(guān)管S3c→第二二極管D2→Ua1負。第二發(fā)射機的第二個電壓Ub2的通電回路為：Ub2正→第四H逆變橋右上橋臂開關(guān)管S2d→第四電極44→第二電極42→第二H逆變橋左下橋臂開關(guān)管S3b→第三二極管D3→Ub2負；第一發(fā)射機的第二個電壓Ub1的通電回路為：Ub1正→第二H逆變橋右上橋臂開關(guān)管S2b→第二電阻R2→第四H逆變橋左下橋臂開關(guān)管S3d→第四二極管D4→Ub1負。

作為本發(fā)明上述實施例的進一步改進，當(dāng)每個電極的等效接地電阻R₀于對應(yīng)的電極的供電線阻抗L滿足時，電極的高頻發(fā)射電流峰值可以大于低頻發(fā)射電流，并且實現(xiàn)與雙電極發(fā)射相同功率條件下獲得更強的電偶極子，接收信號強度得到有效提高。

本發(fā)明實施例采用的是兩組獨立電平發(fā)射模塊，也可以采用多組獨立電平模塊來實現(xiàn)更多電極的交錯布設(shè)，可以根據(jù)實際情況進行確定。

為了說明本發(fā)明的交錯布設(shè)的電磁發(fā)射機系統(tǒng)提高高頻發(fā)射電流的能力，與圖1中傳統(tǒng)的單發(fā)射機做一個對比試驗。設(shè)Ua1、Ub1、Ua2及Ub2都為300V，每對等效接地電阻都為30Ω，第一電阻R1及第二電阻R2＝0Ω，第一電極41和第二電極42距離單根供電線的等效電感總為0.5mH，第二電極42和第三電極43距離單根供電線的等效電感總為1mH，第三電極43和第四電極44距離單根供電線的等效電感總為0.5mH，發(fā)射頻率為10KHz，傳統(tǒng)發(fā)射機的兩個電極設(shè)置為電極A和電極B，發(fā)射電壓為600V，其發(fā)射電流與本發(fā)明交錯布設(shè)的電磁發(fā)射機發(fā)射電流波形如圖3所示。

從圖3可以看出，交錯布設(shè)的電磁發(fā)射機系統(tǒng)的輸出電流明顯高于傳統(tǒng)發(fā)射機系統(tǒng)，傳統(tǒng)發(fā)射機的發(fā)射峰值電流為7A，交錯布設(shè)的電磁發(fā)射機系統(tǒng)輸出高達19A。

因此，本發(fā)明上述實施例的交錯布設(shè)的電磁發(fā)射機系統(tǒng)大大提高了高頻發(fā)射電流，有效增加了收發(fā)距，提高了野外施工的效率，同時提高了接收機接受到信號的強度，可以獲取更加可靠質(zhì)量的數(shù)據(jù)，而且有效降低了器件的電壓應(yīng)力，大大降低了電磁發(fā)射機的研發(fā)難度，提高了儀器的可靠性與穩(wěn)定性。

上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理和某一個實施例，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。