基于谐波注入的频率域电磁发射技术研究
发布时间：2020-12-29 19:16
浅地表地球物理勘探简称近地表物探,用来探测处于埋藏深度较浅的勘探目标,主要是利用物探方法研究地下距地表相对较近的地质构造、矿产分布、建筑地基情况、地下水状况及污染情况、古代和现代人造地下设施分布等。在现代社会,随着城市化的快速发展建设以及人们对环境保护意识的不断提高,浅地表的具体状况越来越受到人们的重视,而相应的浅地表勘探技术也在飞速发展。其中频率域电磁探测技术作为一种关键的探测方法,其原理是应用电磁感应现象,通过电磁发射机向地下发射多频电磁波,地下异常体在这个交变磁场中就会产生二次感应电流,同时这个二次感应电流又会在空间中辐射出另一种交变磁场,通过天线和接收机将这种二次场进行采集,我们就会得到地下良导体的具体信息。本文参考了课题组已有的电磁探测系统,并对比分析了国外的仪器研制现状,针对进一步提高频率域电磁探测效果的情况,设计了基于谐波注入的频率域电磁发射样机,并取得了良好的效果。本文的主要工作内容如下:1、谐波注入策略的理论推导。改变传统发射波形的设计思路,将正弦波与方波的各自优点进行结合,既能保证波形平滑度,又能提升直流电压利用率。在基波电压幅值一定的基础上,得到最高直流电压利用率...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
浅地表频率域电磁法探测原理示意图
7纯正弦波信号来作为输出，实验室内现有的仪器设备采用的是逆变器产生方波信号进行探测。图2.3探测系统二次场接收波形图通过现有探测系统二次场的接收波形（图2.3）可以发现，在二次场接收的方波的上升沿和下降沿均有一个瞬时较大的波形过冲现象。但是在测量发射机输出的电压波形时候可以发现，一次场所需的发射波形并没有产生畸变。通过逐步分析系统各个拓扑结构（2.1.2节），系统的天线为电感性线圈，而采用的发射波形为方波，方波逆变器输出的则是进行了波形混叠的方波交流电。式（2.3）为电感自感电动势公式，式中：u为电感在遇到电流突变时所产生的感应电动势，由于感应电动势方向与主电动势方向相反，因此在这里规定其为负值，L为电感性线圈的电感值大小，i为某一时刻电流大小，t为时间变量。dtdi=Lu…………………………………………（2.3）我们假设在理想情况下，在二次场接收的过程中波形过冲现象没有发生，那么式（2.4）为理想二次场接收电压波形，其中U为设定的电压正负最大值，t为时间变量，T为一个时间周期，n为任意整数变量。+<<++<=nTntTUTntUUt)1()5.0()5.0(*）（………………（2.4）那么在实际情况下，电流方面与电压方向相关联，电感所产生的感应电动势以及感应电流总是阻碍原电流的变化，也就是说感应电动势方向与二次场接收的电压波形变化完成后的电压方向相反。在方波上升的时刻，式子（2.5）为实际
11图2.43次谐波合成与基波对比波形图通过小节2.2的公式推导可知，当基波为标准正弦波，向基波中只注入3次谐波的时候，只有相位角为0，3次谐波的幅值为基波幅值的1/6倍，才可以保证最大的直流电压利用率。图2.4为利用谐波注入法合成的马蹄波与标准正弦波对比图，虽然马鞍波的幅值只有0.88V，小于标准正弦波幅值1V，但是通过直流电压利用率计算后得到的马鞍波的直流电压利用率却可以达到1.154，而标准正弦波的直流电压利用率等于它的调制比只有1，进一步尝试将更高次的谐波加入到标准正弦波当中。图2.5高次谐波合成对比波形图如图2.5所示，各曲线分别为3次谐波合成，5次谐波合成以及7次谐波合成的波形曲线，为了对比明显，我们取各个波形公式如式（2.16），其中y1、y2、y3
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于虚拟电压矢量的五相电压源逆变器空间矢量调制算法[J]. 余彬,宋文胜,冯加旭,宋玉明,唐涛. 中国电机工程学报. 2020(01)
[2]碳化硅半导体SiC在功率器件领域的应用分析[J]. 葛海波,夏昊天,孙冰冰. 电子世界. 2019(23)
[3]分布式电磁法仪器系统设计及实现[J]. 郑采君,刘昕卓,林品荣,孙夫文,李勇,李建华,王珺璐. 地球物理学报. 2019(10)
[4]金属矿地球物理勘探技术与设备:回顾与进展[J]. 吕庆田,张晓培,汤井田,金胜,梁连仲,牛建军,王绪本,林品荣,姚长利,高文利,顾建松,韩立国,蔡耀泽,张金昌,刘宝林,赵金花. 地球物理学报. 2019(10)
[5]一种谐波注入式逆变装置研究[J]. 张兵锋,王铁军,冯进. 电气工程学报. 2019(03)
[6]地球物理勘探技术现状与发展[J]. 周冠一. 世界有色金属. 2019(13)
[7]电磁勘探技术的机遇与挑战及发展方向[J]. 何展翔. 物探化探计算技术. 2019(04)
[8]地空频率域电磁探测方法在隧道勘探中的应用[J]. 徐毅,郑国胜,朱琦,魏东旭,王贯国. 科技与创新. 2019(13)
[9]基于改进数字PWM逆变器控制器设计[J]. 陈坤,周兴,文武. 船电技术. 2018(03)
[10]IGBT结构设计发展与展望[J]. 李碧姗,王昭,董妮. 电子与封装. 2018(02)
硕士论文
[1]浅地表多模块电磁探测系统控制策略研究[D]. 郭群.吉林大学 2019
[2]三电平变流器谐波特性分析与调制策略改进[D]. 武亮亮.北京交通大学 2019
[3]基于DSP+FPGA的多电平逆变器数字控制技术研究[D]. 刘源康.华东交通大学 2018
[4]基于LCL滤波的PWM逆变器的控制策略研究[D]. 陶璐.安徽理工大学 2018
[5]浅地表电磁探测多频发射技术研究[D]. 黄维宁.吉林大学 2018
[6]SiC MOSFET特性研究：驱动、短路与保护[D]. 方跃财.浙江大学 2018
[7]SiC MOSFET在三电平并网逆变器中的应用[D]. 王文轩.西安理工大学 2017
[8]SiC MOSFET的隔离谐振驱动电路设计[D]. 刘鹏.东南大学 2017
[9]基于双参数控制的宽频电磁探测发射关键技术研究[D]. 连士博.吉林大学 2017
[10]浅地表频率域电磁探测系统数字关键技术研究[D]. 韩思雨.吉林大学 2017
本文编号：2946155
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
浅地表频率域电磁法探测原理示意图
7纯正弦波信号来作为输出，实验室内现有的仪器设备采用的是逆变器产生方波信号进行探测。图2.3探测系统二次场接收波形图通过现有探测系统二次场的接收波形（图2.3）可以发现，在二次场接收的方波的上升沿和下降沿均有一个瞬时较大的波形过冲现象。但是在测量发射机输出的电压波形时候可以发现，一次场所需的发射波形并没有产生畸变。通过逐步分析系统各个拓扑结构（2.1.2节），系统的天线为电感性线圈，而采用的发射波形为方波，方波逆变器输出的则是进行了波形混叠的方波交流电。式（2.3）为电感自感电动势公式，式中：u为电感在遇到电流突变时所产生的感应电动势，由于感应电动势方向与主电动势方向相反，因此在这里规定其为负值，L为电感性线圈的电感值大小，i为某一时刻电流大小，t为时间变量。dtdi=Lu…………………………………………（2.3）我们假设在理想情况下，在二次场接收的过程中波形过冲现象没有发生，那么式（2.4）为理想二次场接收电压波形，其中U为设定的电压正负最大值，t为时间变量，T为一个时间周期，n为任意整数变量。+<<++<=nTntTUTntUUt)1()5.0()5.0(*）（………………（2.4）那么在实际情况下，电流方面与电压方向相关联，电感所产生的感应电动势以及感应电流总是阻碍原电流的变化，也就是说感应电动势方向与二次场接收的电压波形变化完成后的电压方向相反。在方波上升的时刻，式子（2.5）为实际
11图2.43次谐波合成与基波对比波形图通过小节2.2的公式推导可知，当基波为标准正弦波，向基波中只注入3次谐波的时候，只有相位角为0，3次谐波的幅值为基波幅值的1/6倍，才可以保证最大的直流电压利用率。图2.4为利用谐波注入法合成的马蹄波与标准正弦波对比图，虽然马鞍波的幅值只有0.88V，小于标准正弦波幅值1V，但是通过直流电压利用率计算后得到的马鞍波的直流电压利用率却可以达到1.154，而标准正弦波的直流电压利用率等于它的调制比只有1，进一步尝试将更高次的谐波加入到标准正弦波当中。图2.5高次谐波合成对比波形图如图2.5所示，各曲线分别为3次谐波合成，5次谐波合成以及7次谐波合成的波形曲线，为了对比明显，我们取各个波形公式如式（2.16），其中y1、y2、y3
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于虚拟电压矢量的五相电压源逆变器空间矢量调制算法[J]. 余彬,宋文胜,冯加旭,宋玉明,唐涛. 中国电机工程学报. 2020(01)
[2]碳化硅半导体SiC在功率器件领域的应用分析[J]. 葛海波,夏昊天,孙冰冰. 电子世界. 2019(23)
[3]分布式电磁法仪器系统设计及实现[J]. 郑采君,刘昕卓,林品荣,孙夫文,李勇,李建华,王珺璐. 地球物理学报. 2019(10)
[4]金属矿地球物理勘探技术与设备:回顾与进展[J]. 吕庆田,张晓培,汤井田,金胜,梁连仲,牛建军,王绪本,林品荣,姚长利,高文利,顾建松,韩立国,蔡耀泽,张金昌,刘宝林,赵金花. 地球物理学报. 2019(10)
[5]一种谐波注入式逆变装置研究[J]. 张兵锋,王铁军,冯进. 电气工程学报. 2019(03)
[6]地球物理勘探技术现状与发展[J]. 周冠一. 世界有色金属. 2019(13)
[7]电磁勘探技术的机遇与挑战及发展方向[J]. 何展翔. 物探化探计算技术. 2019(04)
[8]地空频率域电磁探测方法在隧道勘探中的应用[J]. 徐毅,郑国胜,朱琦,魏东旭,王贯国. 科技与创新. 2019(13)
[9]基于改进数字PWM逆变器控制器设计[J]. 陈坤,周兴,文武. 船电技术. 2018(03)
[10]IGBT结构设计发展与展望[J]. 李碧姗,王昭,董妮. 电子与封装. 2018(02)
硕士论文
[1]浅地表多模块电磁探测系统控制策略研究[D]. 郭群.吉林大学 2019
[2]三电平变流器谐波特性分析与调制策略改进[D]. 武亮亮.北京交通大学 2019
[3]基于DSP+FPGA的多电平逆变器数字控制技术研究[D]. 刘源康.华东交通大学 2018
[4]基于LCL滤波的PWM逆变器的控制策略研究[D]. 陶璐.安徽理工大学 2018
[5]浅地表电磁探测多频发射技术研究[D]. 黄维宁.吉林大学 2018
[6]SiC MOSFET特性研究：驱动、短路与保护[D]. 方跃财.浙江大学 2018
[7]SiC MOSFET在三电平并网逆变器中的应用[D]. 王文轩.西安理工大学 2017
[8]SiC MOSFET的隔离谐振驱动电路设计[D]. 刘鹏.东南大学 2017
[9]基于双参数控制的宽频电磁探测发射关键技术研究[D]. 连士博.吉林大学 2017
[10]浅地表频率域电磁探测系统数字关键技术研究[D]. 韩思雨.吉林大学 2017
本文编号：2946155
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