基于感性负载的瞬变电磁发射波形调控技术研究

发布时间：2017-11-20 15:03

  本文关键词：基于感性负载的瞬变电磁发射波形调控技术研究

  更多相关文章： 瞬变电磁法 恒压钳位 波形调控 波形质量 发射系统

【摘要】：瞬变电磁法(transient electromagnetic method,TEM)是一种时间域磁性源电磁探测方法,具有地形影响小、大地穿透能力强、探测密度高、工作效率高等特点。到目前为止,TEM已经广泛地用于工程地质勘探、地下水与地热调查、灾害水超前探测等领域[2]。与国外相比,在我国对瞬变电磁法的理论研究起步较晚,仪器研发方面还处在初级阶段,目前仅有少数单位取得一定的研究成果,如吉林大学所研制出的ATTEM型瞬变电磁仪,重庆大学和重庆奔腾数控技术研究所研制的WTEM系统以及中国地质大学所研制的CUGTEM200X等。判断瞬变电磁仪发射系统整体性能的重要因素是发射电流的波形质量和系统性能的稳定程度。现有的瞬变电磁激励电流波形有方波、梯形波、正弦波和三角波,通过波形的激发响应来看,方波电流的激发效果最好,但在矿井和隧道等复杂的环境中,由于仪器装置受到探测地点空间的限制,发射线圈体积相对于地面探测应用要小很多,常使用的是多匝小线圈,其具有强感性、电阻不可忽略的特点,在大电流以及低供电电压的情况下,传统的瞬变电磁发射系统会出现波形畸变,电流难以关断、关断后振荡拖尾等不良效应,严重影响了发射波形的质量。理想的激发电流波形应该是短关断时间、关断线性下降、无过冲及振荡现象、电流上升迅速的梯形波电流。本文主要研究TEM发射电流波形调控技术,从而实现TEM发射的理想激发电流波形。近十多年来,TEM在国内外备受青睐,应用领域日趋扩大,新技术和新系统不断出现。在仪器方面,由于近代电力电子技术的不断发展,已经研制出了一些效果很好的实用仪器。但在使用多匝小线圈大感性负载来说,发射电流波形畸变较大且波形控制起来十分困难。目前TEM发射电流有三种控制方式:第一种是“自由沿控制”,即使用功率电阻并联到线圈负载两端;第二种是使用被动式器件吸收,如PROTEM47、PROTEM67、重庆大学的无源恒压钳位电路;第三种是中科院电子所的恒压钳位电路。本文提出了基于感性负载的瞬变电磁发射波形调控技术,不仅解决了短关断时间和关断线性下降问题,而且发射电流波形关断后无反向过冲及振荡,发射电流正负一致性高,电流前沿上升迅速,发射峰值电流可调。系统以FPGA(Field-Programmable Gate Array)为核心控制单元,通过键盘选择发射系统的发射频率、波形占空比、吸收时间等参数,而且还在12864液晶屏上显示所测量的发射峰值电流和关断时间。发射系统控制板产生H桥路开关器件的驱动信号,在控制板和驱动电路,驱动电路与发射桥路之间使用光耦隔离,使强弱电信号进行隔离,提高系统的稳定性和安全性。发射系统配有电源模块,为发射主桥路提供可调直流电压,在负载确定的情况下可实现发射峰值电流可调。发射主桥路的设计在中科院电子所赵海涛博士提出的“恒压钳位高速关断电路”的基础上进行改进与升级,对发射系统精密调控,将一台功率仪器研制成精密仪器。分析了阻尼吸收电路中吸收电阻的选择原理以及RCD缓冲电路改进,并且依据能量守恒定律从能量损耗的角度分析了上升时间和关断时间的关系,尤其是考虑到恒压钳位电路的等效电阻和RCD缓冲电路中的电容的影响。经过发射系统对TEM发射波形的调控,提升了发射电流波形的质量,为瞬变电磁探测结果提供了良好的数据。为了验证发射系统的性能,论文最后给出了本系统与目前现有的发射系统的室内和野外对比实验,经过了对发射波形的精密调控,本发射系统表现很好,可以发射出高质量的电流波形,验证了仪器系统的可行性。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH763.1

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李实,宋建平,李创社;瞬变电磁仪中几种干扰的消除方法[J];西安交通大学学报;2001年04期

2 薛国强,宋建平,李貅;线性规划法在瞬变电磁成像中的应用[J];西安交通大学学报;2002年12期

3 付志红;周雒维;苏向丰;;瞬变电磁发射机中的电流脉冲整形技术[J];电力电子技术;2006年01期

4 周国华;林君;周逢道;王艳;;浅海底瞬变电磁探测发射系统研究[J];电力电子技术;2006年05期

5 苏彦丁;;瞬变电磁资料中弱信号的提取[J];山西建筑;2007年13期

6 郭志强;翁爱华;;铁路工程勘察中大定源瞬变电磁方法的应用[J];工程地球物理学报;2009年S1期

7 孙怀凤;李术才;李貅;戚志鹏;苏茂鑫;薛翊国;郭文波;刘人太;韩伟伟;;隧道瞬变电磁多点阵列式探测方法研究[J];岩石力学与工程学报;2011年11期

8 周胜;席振铢;宋刚;李波;左立标;侯海涛;;深海拖曳式瞬变电磁的响应规律[J];中南大学学报(自然科学版);2012年02期

9 王志荣;蒋博;张利民;;地下空穴的瞬变电磁信息反馈特征研究[J];地下空间与工程学报;2012年06期

10 安春城;韩玉雷;;瞬变电磁与变形监测浅析[J];铁道勘察;2013年05期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 戚志鹏;李貅;;瞬变电磁脉冲压缩技术研究[A];中国地球物理学会第二十七届年会论文集[C];2011年

2 李貅;戚志鹏;刘银爱;汝亮;吴琼;马炳镇;;航空瞬变电磁合成孔径快速成像方法研究[A];中国地球物理2010——中国地球物理学会第二十六届年会、中国地震学会第十三次学术大会论文集[C];2010年

3 郭文波;李貅;薛国强;刘银爱;;瞬变电磁相关合成技术研究[A];中国地球物理2010——中国地球物理学会第二十六届年会、中国地震学会第十三次学术大会论文集[C];2010年

4 史渊;肖恒训;;瞬变电磁探测技术在煤矿水患探测中的应用[A];创新推动新型煤炭工业体系建设和安全健康发展——2010年湘赣皖闽苏等多省（市）煤炭学会学术交流暨湖南省煤炭科技论坛论文集[C];2010年

5 苏茂鑫;李术才;李貅;张庆松;薛翊国;邱道宏;;瞬变电磁三维成像技术在地质预报中的应用[A];全国地下工程超前地质预报与灾害治理学术及技术研讨会论文集（Ⅰ）[C];2009年

6 陈卫营;薛国强;李海;周楠楠;闫述;李梅芳;;电性源瞬变电磁近场区响应特征[A];中国地球物理学会第二十七届年会论文集[C];2011年

7 孙怀凤;李术才;李貅;戚志鹏;苏茂鑫;薛翊国;;隧道瞬变电磁三维探测[A];中国地球物理学会第二十七届年会论文集[C];2011年

8 丁世荣;;地下阶跃磁偶极源激发下球形地质体的瞬变电磁响应[A];1996年中国地球物理学会第十二届学术年会论文集[C];1996年

9 林君;于生宝;嵇艳鞠;王忠;李慧;王艳;;瞬变电磁探测系统研究的新进展[A];中国地球物理学会第二十届年会论文集[C];2004年

10 杜木民;李玉宝;;井下瞬变电磁探水技术初探[A];河北省煤炭工业科学技术工作会议论文集[C];2006年

中国重要报纸全文数据库 前7条

1 王洪涛邋牛秋福;瞬变电磁技术破解矿井透水难题[N];中国企业报;2007年

2 张宏新邋李志勇;白庄矿瞬变电磁勘探填补国内空白[N];经理日报;2007年

3 梁文君邋　王洪涛　牛秋福;瞬变电磁技术破解煤矿井下防探水难题[N];中华工商时报;2007年

4 本报记者;总局物探院完成三个瞬变电磁勘探项目[N];中煤地质报;2010年

5 文物;保水采煤，，鱼与熊掌兼得[N];中国煤炭报;2010年

6 张素琴;瞬变电磁仪助山西212队竞争市场项目[N];地质勘查导报;2010年

7 本报记者 王冰;戮力同心 砥砺前行[N];中煤地质报;2012年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 李琳琳;半航空瞬变电磁发射机关键技术研究[D];成都理工大学;2015年

2 陈曙东;直升机瞬变电磁系统响应计算与地回线标定[D];吉林大学;2012年

3 梁庆华;矿井全空间小线圈瞬变电磁探测技术及应用研究[D];中南大学;2012年

4 周逢道;海洋瞬变电磁探测发射技术研究[D];吉林大学;2010年

5 戚志鹏;瞬变电磁三维合成孔径延拓成像方法研究[D];长安大学;2011年

6 万玲;地下水磁共振与瞬变电磁联合反演方法及探测系统研究[D];吉林大学;2013年

7 谭代明;隧道超前探水全空间瞬变电磁理论及其应用研究[D];西南交通大学;2009年

8 嵇艳鞠;浅层高分辨率全程瞬变电磁系统中全程二次场提取技术研究[D];吉林大学;2004年

9 姜志海;巷道掘进工作面瞬变电磁超前探测机理与技术研究[D];中国矿业大学;2008年

10 胡雄武;巷道前方含水体的瞬变电磁响应及探测技术研究[D];安徽理工大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 董俊辰;套管完整性与套后介质识别技术研究[D];西安石油大学;2015年

2 宋磊;考虑激电效应的瞬变电磁三维正演研究[D];中国地质大学(北京);2015年

3 刘二萌;瞬变电磁时域有限差分正演模拟[D];长安大学;2015年

4 姚伟华;瞬变电磁法矢量有限元三维正演研究[D];长安大学;2015年

5 韩自强;磁源瞬变电磁拟大地电磁二维反演方法技术研究[D];长安大学;2015年

6 马玉龙;瞬变电磁合成孔径成像方法分辨率的研究[D];长安大学;2015年

7 范诚毅;瞬变电磁地质探测仪发射系统的设计与实现[D];大连海事大学;2015年

8 储韬玉;矿井孔中瞬变电磁测量方法及其应用研究[D];中国矿业大学;2015年

9 周嗣辉;煤矿典型致灾水源瞬变电磁三分量响应特征研究[D];中国矿业大学;2015年

10 朱宁军;地面巷道瞬变电磁探测一维正反演解释方法研究[D];中国矿业大学;2015年

本文编号：1207531