本文關(guān)鍵詞：基于感性負(fù)載的瞬變電磁發(fā)射波形調(diào)控技術(shù)研究

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【摘要】：瞬變電磁法(transient electromagnetic method,TEM)是一種時(shí)間域磁性源電磁探測(cè)方法,具有地形影響小、大地穿透能力強(qiáng)、探測(cè)密度高、工作效率高等特點(diǎn)。到目前為止,TEM已經(jīng)廣泛地用于工程地質(zhì)勘探、地下水與地?zé)嵴{(diào)查、災(zāi)害水超前探測(cè)等領(lǐng)域[2]。與國(guó)外相比,在我國(guó)對(duì)瞬變電磁法的理論研究起步較晚,儀器研發(fā)方面還處在初級(jí)階段,目前僅有少數(shù)單位取得一定的研究成果,如吉林大學(xué)所研制出的ATTEM型瞬變電磁儀,重慶大學(xué)和重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所研制的WTEM系統(tǒng)以及中國(guó)地質(zhì)大學(xué)所研制的CUGTEM200X等。判斷瞬變電磁儀發(fā)射系統(tǒng)整體性能的重要因素是發(fā)射電流的波形質(zhì)量和系統(tǒng)性能的穩(wěn)定程度�，F(xiàn)有的瞬變電磁激勵(lì)電流波形有方波、梯形波、正弦波和三角波,通過(guò)波形的激發(fā)響應(yīng)來(lái)看,方波電流的激發(fā)效果最好,但在礦井和隧道等復(fù)雜的環(huán)境中,由于儀器裝置受到探測(cè)地點(diǎn)空間的限制,發(fā)射線(xiàn)圈體積相對(duì)于地面探測(cè)應(yīng)用要小很多,常使用的是多匝小線(xiàn)圈,其具有強(qiáng)感性、電阻不可忽略的特點(diǎn),在大電流以及低供電電壓的情況下,傳統(tǒng)的瞬變電磁發(fā)射系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)波形畸變,電流難以關(guān)斷、關(guān)斷后振蕩拖尾等不良效應(yīng),嚴(yán)重影響了發(fā)射波形的質(zhì)量。理想的激發(fā)電流波形應(yīng)該是短關(guān)斷時(shí)間、關(guān)斷線(xiàn)性下降、無(wú)過(guò)沖及振蕩現(xiàn)象、電流上升迅速的梯形波電流。本文主要研究TEM發(fā)射電流波形調(diào)控技術(shù),從而實(shí)現(xiàn)TEM發(fā)射的理想激發(fā)電流波形。近十多年來(lái),TEM在國(guó)內(nèi)外備受青睞,應(yīng)用領(lǐng)域日趨擴(kuò)大,新技術(shù)和新系統(tǒng)不斷出現(xiàn)。在儀器方面,由于近代電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,已經(jīng)研制出了一些效果很好的實(shí)用儀器。但在使用多匝小線(xiàn)圈大感性負(fù)載來(lái)說(shuō),發(fā)射電流波形畸變較大且波形控制起來(lái)十分困難。目前TEM發(fā)射電流有三種控制方式:第一種是“自由沿控制”,即使用功率電阻并聯(lián)到線(xiàn)圈負(fù)載兩端;第二種是使用被動(dòng)式器件吸收,如PROTEM47、PROTEM67、重慶大學(xué)的無(wú)源恒壓鉗位電路;第三種是中科院電子所的恒壓鉗位電路。本文提出了基于感性負(fù)載的瞬變電磁發(fā)射波形調(diào)控技術(shù),不僅解決了短關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷線(xiàn)性下降問(wèn)題,而且發(fā)射電流波形關(guān)斷后無(wú)反向過(guò)沖及振蕩,發(fā)射電流正負(fù)一致性高,電流前沿上升迅速,發(fā)射峰值電流可調(diào)。系統(tǒng)以FPGA(Field-Programmable Gate Array)為核心控制單元,通過(guò)鍵盤(pán)選擇發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射頻率、波形占空比、吸收時(shí)間等參數(shù),而且還在12864液晶屏上顯示所測(cè)量的發(fā)射峰值電流和關(guān)斷時(shí)間。發(fā)射系統(tǒng)控制板產(chǎn)生H橋路開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào),在控制板和驅(qū)動(dòng)電路,驅(qū)動(dòng)電路與發(fā)射橋路之間使用光耦隔離,使強(qiáng)弱電信號(hào)進(jìn)行隔離,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。發(fā)射系統(tǒng)配有電源模塊,為發(fā)射主橋路提供可調(diào)直流電壓,在負(fù)載確定的情況下可實(shí)現(xiàn)發(fā)射峰值電流可調(diào)。發(fā)射主橋路的設(shè)計(jì)在中科院電子所趙海濤博士提出的“恒壓鉗位高速關(guān)斷電路”的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)與升級(jí),對(duì)發(fā)射系統(tǒng)精密調(diào)控,將一臺(tái)功率儀器研制成精密儀器。分析了阻尼吸收電路中吸收電阻的選擇原理以及RCD緩沖電路改進(jìn),并且依據(jù)能量守恒定律從能量損耗的角度分析了上升時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間的關(guān)系,尤其是考慮到恒壓鉗位電路的等效電阻和RCD緩沖電路中的電容的影響。經(jīng)過(guò)發(fā)射系統(tǒng)對(duì)TEM發(fā)射波形的調(diào)控,提升了發(fā)射電流波形的質(zhì)量,為瞬變電磁探測(cè)結(jié)果提供了良好的數(shù)據(jù)。為了驗(yàn)證發(fā)射系統(tǒng)的性能,論文最后給出了本系統(tǒng)與目前現(xiàn)有的發(fā)射系統(tǒng)的室內(nèi)和野外對(duì)比實(shí)驗(yàn),經(jīng)過(guò)了對(duì)發(fā)射波形的精密調(diào)控,本發(fā)射系統(tǒng)表現(xiàn)很好,可以發(fā)射出高質(zhì)量的電流波形,驗(yàn)證了儀器系統(tǒng)的可行性。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TH763.1

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