航空电磁法串联谐振式组合波形发射系统关键技术研究

发布时间：2020-05-01 11:00

【摘要】：航空电磁法(Airborne Electromagnetic Method)是一种探测速度快,探测效率高,相比传统方法具有成本低、方便灵活、应用范围更广等优点的地质勘测方法。我国幅员辽阔,自然条件复杂,传统的勘测方法通常无法有效适应各种复杂地貌。而时间域航空电磁法以飞行器平台(直升飞机或者固定翼飞机)为载体,携带电磁发射系统、电磁接收系统,吊舱,数据处理系统等装置,通过在空中发射电磁场的一次场,接收来自电磁敏感物体感应出的二次场,经过数据处理后分析地下感应物体的信息,因而无需地面工作人员进入勘测区域,很好解决了复杂地形勘测过程中遇到的各种问题,所以特别适合山地、湖泊、森林、沙漠、沼泽等复杂地区的勘探工作,在海侵勘察,矿产勘测、环境评价等方面应用广泛。时间域航空电磁探测法采用的波形种类很多,主要可以分为梯形波,方波,半正弦波和三角波。目前国际上比较有代表性的航空瞬变电磁系统都只可以发射一种电流波形,因而功能性比较单一。因此,本文研究的发射电路可以同时发射双极性半正弦波和双极性梯形波,梯形波适用于时间常数小的探测体,半正弦波适用于时间常数大的物体,同时满足深层探测与浅层探测,另外,由于开关噪声很小,发射系统既可以进行off-time采集,也可以进行on-time采集。本文根据Geotech、CGG等规模大影响力强的国际先进航空电磁勘探公司推出的电磁法发射系统,从发射电流的波形、频率、幅值、脉冲宽度等参数进行对比,分析了不同波形、频率等参数对勘测效果的影响。由此,采用双极性半正弦波-梯形波双波形发射电路的研究方案,使得探测范围更加丰富。本文设计的发射系统包括半正弦波发射支路,梯形波发射支路、保护电路、发射线圈四部分,半正弦波发射支路与梯形波发射支路使用同一个发射线圈。两个发射支路之间存在由开关器件构成的保护电路,避免两个支路间的相互干扰。半正弦波通过串联谐振产生,电流在电容与发射线圈之间振荡产生近似的正弦波;梯形波通过IGBT控制,由串联谐振产生的半正弦波与方波组合而形成。为避免工作过程中出现电流过大、电容过电压的情况,本文设计方案在梯形波发射支路与半正弦波发射支路分别加入了电流监测电路与信号处理电路,可以在故障情况下迅速停止工作。为验证方案的正确性,本文首先使用Matlab Simulink仿真软件建立起发射电路的仿真模型,确认无误后,在实验室建立发射系统,对发射系统的局部与整体分别进行测试,并根据测试结果进一步优化电路参数。本文叙述了设计方案以及两种波形电路数学模型的推导过程,并且给出了参数的计算方法,求出了各个时刻电流与电压的解析解。在实验室完成了电路的实际搭建,经过测试,梯形波电流峰值为160A,最大输出磁矩为51840Am~2,脉冲宽度为2ms,半正弦波电流峰值为1400A,最大输出磁矩为453600Am~2,脉冲宽度为4.6ms。双波形的整体基波频率为25Hz,且基波频率、半正弦波与梯形波的间隔时间可调。在最后对设计过程中的经验进行了总结,并针对目前发射系统的不足之处以及实验过程中遇到的问题提出进一步工作的若干建议。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P631.326

【参考文献】