【摘要】：航空電磁法(Airborne Electromagnetic Method)是一種探測速度快,探測效率高,相比傳統(tǒng)方法具有成本低、方便靈活、應用范圍更廣等優(yōu)點的地質(zhì)勘測方法。我國幅員遼闊,自然條件復雜,傳統(tǒng)的勘測方法通常無法有效適應各種復雜地貌。而時間域航空電磁法以飛行器平臺(直升飛機或者固定翼飛機)為載體,攜帶電磁發(fā)射系統(tǒng)、電磁接收系統(tǒng),吊艙,數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等裝置,通過在空中發(fā)射電磁場的一次場,接收來自電磁敏感物體感應出的二次場,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后分析地下感應物體的信息,因而無需地面工作人員進入勘測區(qū)域,很好解決了復雜地形勘測過程中遇到的各種問題,所以特別適合山地、湖泊、森林、沙漠、沼澤等復雜地區(qū)的勘探工作,在海侵勘察,礦產(chǎn)勘測、環(huán)境評價等方面應用廣泛。時間域航空電磁探測法采用的波形種類很多,主要可以分為梯形波,方波,半正弦波和三角波。目前國際上比較有代表性的航空瞬變電磁系統(tǒng)都只可以發(fā)射一種電流波形,因而功能性比較單一。因此,本文研究的發(fā)射電路可以同時發(fā)射雙極性半正弦波和雙極性梯形波,梯形波適用于時間常數(shù)小的探測體,半正弦波適用于時間常數(shù)大的物體,同時滿足深層探測與淺層探測,另外,由于開關(guān)噪聲很小,發(fā)射系統(tǒng)既可以進行off-time采集,也可以進行on-time采集。本文根據(jù)Geotech、CGG等規(guī)模大影響力強的國際先進航空電磁勘探公司推出的電磁法發(fā)射系統(tǒng),從發(fā)射電流的波形、頻率、幅值、脈沖寬度等參數(shù)進行對比,分析了不同波形、頻率等參數(shù)對勘測效果的影響。由此,采用雙極性半正弦波-梯形波雙波形發(fā)射電路的研究方案,使得探測范圍更加豐富。本文設計的發(fā)射系統(tǒng)包括半正弦波發(fā)射支路,梯形波發(fā)射支路、保護電路、發(fā)射線圈四部分,半正弦波發(fā)射支路與梯形波發(fā)射支路使用同一個發(fā)射線圈。兩個發(fā)射支路之間存在由開關(guān)器件構(gòu)成的保護電路,避免兩個支路間的相互干擾。半正弦波通過串聯(lián)諧振產(chǎn)生,電流在電容與發(fā)射線圈之間振蕩產(chǎn)生近似的正弦波;梯形波通過IGBT控制,由串聯(lián)諧振產(chǎn)生的半正弦波與方波組合而形成。為避免工作過程中出現(xiàn)電流過大、電容過電壓的情況,本文設計方案在梯形波發(fā)射支路與半正弦波發(fā)射支路分別加入了電流監(jiān)測電路與信號處理電路,可以在故障情況下迅速停止工作。為驗證方案的正確性,本文首先使用Matlab Simulink仿真軟件建立起發(fā)射電路的仿真模型,確認無誤后,在實驗室建立發(fā)射系統(tǒng),對發(fā)射系統(tǒng)的局部與整體分別進行測試,并根據(jù)測試結(jié)果進一步優(yōu)化電路參數(shù)。本文敘述了設計方案以及兩種波形電路數(shù)學模型的推導過程,并且給出了參數(shù)的計算方法,求出了各個時刻電流與電壓的解析解。在實驗室完成了電路的實際搭建,經(jīng)過測試,梯形波電流峰值為160A,最大輸出磁矩為51840Am~2,脈沖寬度為2ms,半正弦波電流峰值為1400A,最大輸出磁矩為453600Am~2,脈沖寬度為4.6ms。雙波形的整體基波頻率為25Hz,且基波頻率、半正弦波與梯形波的間隔時間可調(diào)。在最后對設計過程中的經(jīng)驗進行了總結(jié),并針對目前發(fā)射系統(tǒng)的不足之處以及實驗過程中遇到的問題提出進一步工作的若干建議。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P631.326

【參考文獻】

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