全航空瞬變電磁系統雙極性半正弦電流產生裝置和方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于航空瞬變電磁勘探技術領域，涉及一種全航空瞬變電磁系統雙極性半 正弦電流產生裝置和方法。
【背景技術】
[0002] 航空瞬變電磁勘探系統（ATEM)是礦產勘查"攻深探盲"的重要手段之一，借助于 機載平臺，ATEM系統通過安裝于飛機四周的多匝線圈向地下發射脈沖磁場（一次場），當地 下礦體存在電性差異時，在一次場激勵下產生渦旋電流，并向上輻射攜帶礦體電性信息的 二次磁場，安裝在吊艙內的感應式矢量磁傳感器將檢測到二次磁場并通過電纜傳輸至飛機 內的主控與多通道接收機，通過數據處理與反演可獲得地下礦體的分布信息。航空瞬變電 磁勘探系統除了可搭載于固定翼飛機平臺外，還可以搭載于有人或無人飛艇平臺，無人機 飛行平臺等。
[0003]ATEM系統可以對地下介質的電導率異常進行快速測量與識別，是探測電性異常礦 體尤其是金屬礦的重要手段，具有低成本、速度快、通行性好的特點，可用于地表植被、沙漠 等覆蓋區的靶區優選與資源快速評價，并可進行大面積的資源普查。大電流發射機是航空 瞬變電磁勘探系統（ATEM)的重要組成部分。其發射功率以及發射頻率直接決定了ATEM系 統的探測深度及探測精度。ATEM系統的發射電流波形多為半正弦電流，其主要原因是，相比 方波，通過諧振的方式可以更容易實現幾百安培甚至上千安培的大電流，從而實現大發射 磁矩以及大探測深度。
[0004] 現有的產生正弦電流波形的方法包括：
[0005] 1.脈沖波形調制，根據面積等效原理，通過控制脈沖的寬度以產生目標波形。
[0006] 2.數字頻率合成，通過產生系列數字信號并經數模轉換器轉換為模擬信號。
[0007] 上述現有技術中存在如下技術缺陷：實現電路復雜，對大功率器件的要求高；難 以實現大電流輸出，功耗高。
【發明內容】
[0008] 針對以上所述的技術缺陷，本發明的目的是提供一種全航空瞬變電磁發射機雙極 性半正弦電流產生裝置和方法，實現航空瞬變電磁發射機發射達幾百安培甚至上千安培的 大電流，從而實現大發射磁矩以及大探測深度。
[0009] 為達到上述目的，本發明的第一方面提供全航空瞬變電磁系統雙極性半正弦電流 產生裝置，該裝置包括：主控電路、驅動電路、過沖抑制電路、觸發電路、H逆變橋、串聯諧振 電路、電源，其中：
[0010] 主控電路，用于提供H橋逆變時序邏輯信號和過沖抑制時序邏輯信號；
[0011] 驅動電路位于主控電路、過沖抑制電路之間并連接，用于將過沖抑制時序邏輯信 號生成并為過沖抑制電路提供驅動控制信號；
[0012] 觸發電路位于與主控電路、H逆變橋之間并連接，將H橋逆變時序邏輯信號生成觸 發控制信號；
[0013] H逆變橋與電源連接，根據電源提供的恒壓信號和觸發控制信號，生成并輸出雙極 性方波信號；
[0014] 過沖抑制電路與串聯諧振電路連接，用于為串聯諧振電路中含有的電流波形尾部 振蕩波形提供泄放能量通路，并消除電流波形尾部的振蕩波形；
[0015]串聯諧振電路與H逆變橋連接，利用雙極性方波信號將消除電流波形尾部的振蕩 波形生成符合重復頻率要求的雙極性半正弦電流波形。
[0016] 為達到上述目的，本發明的第二方面提供一種使用全航空瞬變電磁系統雙極性半 正弦電流產生裝置的全航空瞬變電磁系統雙極性半正弦電流產生方法，該方法包括如下步 驟：
[0017] 步驟S1:利用主控電路提供H橋逆變時序邏輯信號和過沖抑制時序邏輯信號；
[0018] 步驟S2 :利用觸發電路將H橋逆變時序邏輯信號生成觸發控制信號；
[0019] 步驟S3:利用驅動電路將過沖抑制時序邏輯信號生成驅動控制信號；
[0020] 步驟S4:利用H逆變橋將電源提供的恒壓信號和觸發控制信號，生成并輸出雙極 性方波信號；
[0021] 步驟S5:將H逆變橋產生的雙極性方波加至串聯諧振電路兩端，使串聯諧振電路 產生有尾部震蕩的雙極性半正弦波；
[0022] 步驟S6 :利用過沖抑制電路，為串聯諧振電路中含有的電流波形尾部振蕩波形提 供泄放能量通路，并消除電流波形尾部的振蕩波形；
[0023] 步驟S7:利用串聯諧振電路的發射線圈中產生周期雙極性半正弦電流脈沖信號。
[0024] 本發明的有益效果
[0025] 1.本方案通過串聯諧振的方式，可以在低電壓供電下更容易實現幾百安培甚至上 千安培的大電流，從而實現大發射磁矩以及大探測深度。
[0026]2.本發明通過LC串聯諧振方式產生半正弦波形，相比于常見的有脈沖波形調制、 數字頻率合成方法，電路結構簡單，容易實現，且重量輕、功耗低、可靠性高。
[0027] 3.本發明設計的過沖抑制電路，有效消除了電流的尾部振蕩，提高了探測數據的 后期處理效果。
[0028] 4.相比傳統的雙極性方波電流，雙極性半正弦波電流的產生基于串聯諧振原理， 利用諧振電容的儲能作用，更易于實現大電流穩態發射，且由于半正弦電流的平均功率小 于方波電流，功率開關損耗更小，提高了發射機的工作效率。
【附圖說明】
[0029] 圖1是本發明全航空瞬變電磁系統雙極性半正弦電流產生裝置的主電路拓撲結 構圖。
[0030] 圖2是本發明全航空瞬變電磁系統雙極性半正弦電流產生裝置的電路原理圖。
[0031] 圖3是本發明全航空瞬變電磁系統雙極性半正弦電流產生方法流程圖。
[0032] 圖4是本發明H橋電路及過沖抑制電路的控制信號示意圖。
[0033] 圖5是本發明串聯諧振雙極性半正弦電流脈沖波形圖。
【具體實施方式】
[0034] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照 附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0035] 請參閱圖1示出本發明全航空瞬變電磁系統雙極性半正弦電流產生裝置的結構 框圖，該裝置主要包括：主控電路1、驅動電路2、過沖抑制電路3、觸發電路4、H逆變橋5、串 聯諧振電路6、電源7,其中：
[0036] 主控電路1，用于提供H橋逆變時序邏輯信號和過沖抑制時序邏輯信號；
[0037] 驅動電路2位于主控電路1、過沖抑制電路4之間并連接，用于將過沖抑制時序邏 輯信號生成并為過沖抑制電路4提供驅動控制信號；
[0038] 觸發電路3位于與主控電路1、H逆變橋5之間并連接，將H橋逆變時序邏輯信號 生成觸發控制信號；
[0039] H逆變橋5與電源7連接，根據電源7提供的恒壓信號和觸發控制信號，生成并輸 出雙極性方波信號；
[0040] 過沖抑制電路4與串聯諧振電路6連接，用于為串聯諧振電路6中含有的電流波 形尾部振蕩波形提供泄放能量通路，并消除電流波形尾部的振蕩波形；
[0041]串聯諧振電路6與H逆變橋5連接，利用雙極性方波信號將消除電流波形尾部的 振蕩波形生成符合重復頻率要求的雙極性半正弦電流波形。
[0042] 請參閱圖2示出本發明全航空瞬變電磁系統雙極性半正弦電流產生裝置實施例， 其技術核心是串聯諧振半正弦電流脈沖產生技術和串聯諧振參數計算推導。
[0043] 其中，所述的主控電路1為發射機的控制核心，為H橋逆變和過沖抑制提供時序邏 輯，其功能是控制半正弦電流的脈沖重復頻率，以及控制過沖抑制電路4的作用時間，實現 最佳的電流尾部振蕩消除效果。所述的主控電路1，主要產生圖4所示的H橋電路及過沖抑 制電路的控制信號。圖中所示的第一路信號控制第一可控硅SCR1，第四可控硅SCR4的導通 時刻，第二路信號控制第二可控硅SCR2,第三可控硅SCR3的導通時刻。第三路信號控