一种开放式电磁法发送系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及地球物理勘探技术领域，尤其涉及一种开放式电磁法发送系统及其控制方法。


背景技术：

2.电磁法是目前寻找金属矿最为有效的地球物理勘探手段，而勘探不同目标和在不同勘探环境时，对物理勘探电磁法发送系统的发射信号有不同要求，但是目前的地球物理勘探电磁法发送系统的发射信号类型和功能单一、功率较小、智能化程度有待提高，且集成度较差，不便于转移和安装，也不利于维护升级。


技术实现要素：

3.(一)要解决的技术问题
4.基于上述问题，本发明提供一种开放式电磁法发送系统及其控制方法，解决地球物理勘探电磁法发送系统的发射信号类型和功能单一、功率较小、集成度较差的问题，使得具有多功能、智能化、开放式、模块化的优点。
5.(二)技术方案
6.基于上述的技术问题，本发明提供一种开放式电磁法发送系统，包括一体化发送设备，及与所述一体化发送设备通信连接的智能终端和云平台；所述一体化发送设备包括集成为一体的电源系统、逆变系统、控制系统和参数采集系统，所述电源系统连接逆变系统的输入端，逆变系统的输出端连接电极，所述控制系统连接逆变系统、参数采集系统和电源系统，参数采集系统连接逆变系统；所述电源系统包括多个小功率ac
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dc电源单元，根据需要将所述小功率ac
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dc电源单元按不同组合方式连接，连接发电机组；所述逆变系统包括大功率开关管、驱动单元，所述大功率开关管根据需要连接成多桥电路，所述驱动单元连接各大功率开关管；所述参数采集系统包括设于逆变系统用于采集和监测逆变系统的状态的传感器；所述控制系统包括主控cpu；所述智能终端安装有app控制软件，用于一体化发送设备的控制和状态监测，所述云平台为基于智能终端的web软件系统。
7.进一步的，所述一体化发送设备还包括集成为一体的发电机系统，所述发电机系统包括通用的不同功率等级的发电机组，与所述电源系统连接。
8.进一步的，所述小功率ac
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dc电源单元的连接方式包括串联、并联、先串联后并联、先并联后串联、串联并联混合。
9.进一步的，所述逆变系统中的多桥电路包括h型桥式电路，h型桥式电路中，大功率开关管q1、q2、q3、q4、q5为igbt，分别反向并联体二极管，q1的发射极和q3的发射极连接电源正极，q1的集电极连接q2的发射极，q3的集电极连接q4的发射极，q2的集电极和q4的集电极连接电源负极，q1的集电极和q3的集电极之间连接吸收单元，输出交流电，q5的发射极连接电源正极，集电极连接假负载和吸收单元后连接电源负极，q1、q2、q3、q4、q5的门极分别连接与主控cpu连接的驱动单元；所述逆变系统中的多桥电路的驱动模式包括半桥驱动模
式和全桥驱动模型，半桥驱动模式时，q1和q3的门极连接的驱动单元为同一个正驱动单元，q2和q4的门极连接的驱动单元为同一个负驱动单元，q5的门极连接的驱动单元为零驱动单元；全桥驱动模型时，q1和q3的门极连接的驱动单元分别为正一驱动单元和正二驱动单元，q2和q4的门极连接的驱动单元分别为负一驱动单元和负二驱动单元，q5的门极连接的驱动单元为零驱动单元。
10.进一步的，所述控制系统还包括fpga和驱动隔离器，主控cpu依次通过fpga、驱动隔离器连接逆变系统的驱动模块，所述主控cpu还连接gps模块、串行flash和缓存ram，所述fpga连接缓存ram。
11.进一步的，所述主控cpu设有无线通信接口、有线通信接口，分别连接有线通信模块和无线通信模块，用于连接智能终端和云平台；所述主控cpu设有智能屏控制接口和智能屏电源接口，用于对外连接智能屏。
12.进一步的，其特征在于，所述参数采集系统还包括采集控制cpu、cpld、隔离器、a/d转换器，各传感器依次通过a/d转换器、隔离器、cpld、采集控制cpu、隔离器连接主控cpu，所述采集控制cpu连接缓存ram和串行flash。
13.进一步的，所述传感器包括一个用于监测发射总电压参数的电压互感器，一个用于监测发射分电流参数的电流互感器，以及三个分别用于监测正信号、负信号、零信号驱动时逆变系统的温度参数的温度传感器。
14.本发明也公开了一种开放式电磁法发送系统的控制方法，包括以下步骤：
15.s1、在云平台或智能终端的app控制软件选择目标波形类型，对选择的波形类型进行波形参数配置，对工作参数设置，将生成的波形编码和工作参数下发到控制系统；
16.s2、在云平台或智能终端的app控制软件依次操作启动发电机按钮、电源柜合闸按钮、和开始发射按钮，或仅操作一键发射按钮，将控制指令发送到控制系统；
17.s3、控制系统收到控制指令后，依次控制发电机系统启动，控制电源系统合闸，判断是否已进行波形配置和工作参数配置，若是，进入步骤s4，否则返回步骤s2；
18.s4、判断是否处于报警状态，若是，则排除报警故障；若否，则控制系统控制逆变系统工作，开始发射信号，同时，参数采集系统采集电流参数等，通过控制系统上传到智能终端，若发现故障，则报警标识报警，排除报警故障；
19.s5、完成指定的发射次数的信号发射后，在智能终端的app控制软件依次操作停止发射按钮、电源柜关闭按钮、和停止发电机按钮，或仅操作一键停止按钮，将控制指令发送到控制系统，控制系统收到控制指令后，依次控制逆变系统和参数采集系统停止工作、电源系统断电、发电机系统停止发电。
20.进一步的，波形类型包括伪随机波，时间域波，单频波、双频波、其它兼容v8和gdp32电磁法仪器的波形及用户自定义波形；波形参数配置包括频率、占空比、极性、持续时间；工作参数包括同步模式、工作模式、发射次数、发射时间。
21.(三)有益效果
22.本发明的上述技术方案具有如下优点：
23.(1)本发明为一种适用于地球物理勘探的多功能、智能化、开放式、模块化的开放式电磁法发送系统，能够满足地球物理勘探电磁法发送的不同需求，方便、快捷的根据需求在智能终端或云平台对发电机系统、电源系统、逆变系统、参数采集系统和控制系统进行任
意组合、模块化集成、动态配置和功率调整，并在智能终端或云平台对一体化发送设备进行智能控制和监测，适用于不同的电磁法勘探方法和基于这些方法的发送、接收系统；
24.(2)通过本发明的开放式电磁法发送系统，在智能终端或云平台进行波形选择和波形参数配置，以及工作参数设置，能够对发送系统的发射信号及功能进行动多样化、定制化设计，并实现动态配置，实现不同信号类型发射和不同功率等级和电压、电流设置，工作方式设置；
25.(3)本发明的开放式电磁法发送系统的集成度更高，不用频繁更换设备，模块化集成便于安装和转移，利于设备的维护升级，设备的开发和维护等整体成本降低。
附图说明
26.通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
27.图1为本发明实施例的开放式电磁法发送系统的整体框图；
28.图2为本发明实施例的一体化发送设备的组合示意图；
29.图3为本发明实施例的一体化发送设备的控制系统及其它系统的连接示意图；
30.图4为本发明实施例的电源系统的组合示意图；
31.图5a为本发明实施例的逆变系统半桥驱动模式的示意图；
32.图5b为本发明实施例的逆变系统全桥驱动模式的示意图；
33.图6为本发明实施例的参数采集系统的示意图。
具体实施方式
34.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
35.本发明提供一种开放式电磁法发送系统，如图1所示，包括一体化发送设备(即“集装箱”)、智能终端和云平台，一体化发送设备与智能终端和云平台通过无线或有线通信，所述一体化发送设备如图2和图3所示，包括发电机系统、电源系统、逆变系统、控制系统和参数采集系统，均集成安装在一个系统柜内，也可以不包含发电机系统，将发电机系统外置；所述控制系统与智能终端、云平台无线或有线通信连接，所述智能终端安装有app控制软件，所述云平台为基于智能终端的web软件系统，所述app控制软件用于根据选择的发射信号类型生成发射信号编码并发送到所述控制系统，接收所述参数采集系统输出的数据，同时智能监测、控制一体化发送设备的状态，实现对一体化发送设备的整体控制；发电机系统连接电源系统的输入端，电源系统的输出端连接逆变系统的输入端，逆变系统的输出端对外连接电极，控制系统分别连接逆变系统、参数采集系统和电源系统，参数采集系统连接逆变系统，电源系统连接控制系统和逆变系统。
36.所述发电机系统包括通用的不同功率等级的发电机组。
37.所述电源系统为多个小功率ac
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dc电源单元，通过串联和/或并联的组合方式组合，组成不同功率等级和不同电压、电流参数的电源柜；多个小功率ac
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dc电源单元的组合方式包括但不限于图4中a图所示的先串联后并联，图4中b图所示的先并联后串联，以及串联并联混合等。
38.所述逆变系统包含多桥大功率开关管、驱动单元、吸收单元、散热单元、保护单元，实现将电源系统输出的大功率直流电源根据控制系统波形编码进行逆变输出；逆变系统包括但不限于如图5a和图5b所示的h型桥式逆变电路，包括但不限于半桥驱动模式、全桥驱动模式，大功率开关管包括但不限于igbt管、mos管，本实施例中，大功率开关管q1、q2、q3、q4、q5为igbt，分别反向并联体二极管，q1的发射极和q3的发射极连接电源正极，q1的集电极连接q2的发射极，q3的集电极连接q4的发射极，q2的集电极和q4的集电极连接电源负极，q1的集电极和q3的集电极之间连接吸收单元，输出交流电，q5的发射极连接电源正极，集电极连接假负载和吸收单元后连接电源负极，q1、q2、q3、q4、q5的门极通过光纤隔离后分别连接与主控cpu连接的驱动单元；所述逆变系统中的多桥电路的驱动模式包括半桥驱动模式和全桥驱动模型，图5a为半桥驱动模式，q1和q3的门极连接的驱动单元为同一个正信号驱动的正驱动单元，q2和q4的门极连接的驱动单元为同一个负信号驱动的负驱动单元，q5的门极连接的驱动单元为零信号驱动的零驱动单元；图5b为全桥驱动模式，q1和q3的门极连接的驱动单元分别为第一正信号驱动的正一驱动单元和第二正信号驱动的正二驱动单元，q2和q4的门极连接的驱动单元分别为第一负信号驱动的负一驱动单元和第二负信号驱动的负二驱动单元，q5的门极连接的驱动单元为零信号驱动的零驱动单元，各驱动单元均通过光纤隔离连接主控cpu。
39.所述控制系统为基于嵌入式软、硬件系统的电路系统，主要实现对其余四大系统的控制和监控，相当于“大脑”和指挥中心，通过有线/无线通信的方式与智能终端和云平台通信，实现人机交互；如图3所示，控制系统采用主控cpu+fpga+gps的系统构架，控制系统包括依次连接的主控cpu、fpga和驱动隔离器，以及用于电源控制的dc
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dc电源模块，所述主控cpu设有无线通信接口、有线通信接口，分别连接有线通信模块和无线通信模块，用于通过有线或无线通信的方式与智能终端和云平台通信，主控cpu通过智能屏控制接口和智能屏电源接口对外连接智能屏，所述主控cpu还连接gps模块、串行flash和缓存ram，所述fpga连接缓存ram，并通过驱动隔离器连接逆变系统。
40.所述参数采集系统为基于嵌入式软、硬件系统和传感器的电路系统，主要实现对系统总电压、系统总电流、发射信号的分电流、发射信号的相位、温度等参数的测量，测量结果回传到控制系统，由控制系统回传到控制器和云平台，如图6所示，参数采集系统包括与控制系统的主控cpu依次连接的隔离器、采集控制cpu、cpld、隔离器、a/d转换器和传感器，所述传感器至少包括三个温度传感器、一个电流互感器和一个电压互感器，三个温度传感器分别用于监测正信号、负信号、零信号驱动时逆变系统的温度参数，一个电压互感器用于监测发射总电压参数，一个电流互感器用于监测发射分电流参数。
41.该开放式电磁法发送系统通过在智能终端的app控制软件输入发射信号类型即波形类型选择，对选择的波形类型进行波形参数配置，对工作参数设置，并将生成的波形编码和工作参数下发到控制系统，可选择的波形类型包括伪随机波，时间域波，单频波、双频波等，以及其它兼容常用电磁发射系统v8、gdp32所包含的波形类型和用户自定义波形类型，比如广域七频伪随机波，时间域双极性ip波，单频双极性波；波形参数配置包括频率、占空比、极性、持续时间等；工作参数包括同步模式、工作模式、发射次数、发射时间等；此外，app控制软件设有启动发电机按钮，停止发电机按钮，电源柜合闸按钮，电源柜关闭按钮，开始发射按钮，停止发射按钮，一键发射按钮，一键停止按钮，和急停按钮，分别对应发送到控制
系统的发电机系统启动，发电机系统停止，电源系统合闸，电源系统断电，逆变系统和参数采集系统工作，逆变系统和参数采集系统停止，发电机系统、电源系统、逆变系统和参数采集系统依次启动，发电机系统、电源系统、逆变系统和参数采集系统依次停止，发电机系统、电源系统、逆变系统和参数采集系统均立即停止的控制指令，app控制软件在参数采集系统上传的输出数据监测一体化发送设备的状态，出现故障时报警标识亮，报警标识亮时一体化发送设备无法启动逆变系统进行发射。该开放式电磁法发送系统的控制方法为：
42.s1、在云平台或智能终端的app控制软件选择目标波形类型，对选择的波形类型进行波形参数配置，对工作参数设置，将生成的波形编码和工作参数下发到控制系统；
43.s2、在云平台或智能终端的app控制软件依次操作启动发电机按钮、电源柜合闸按钮、和开始发射按钮，或仅操作一键发射按钮，将控制指令发送到控制系统；
44.s3、控制系统收到控制指令后，依次控制发电机系统启动，控制电源系统合闸，判断是否已进行波形配置和工作参数配置，若是，进入步骤s4，否则返回步骤s2；
45.s4、判断是否处于报警状态，若是，则排除报警故障；若否，则控制系统控制逆变系统工作，开始发射信号，同时，参数采集系统采集电流参数等，通过控制系统上传到智能终端，若发现故障，则报警标识报警，排除报警故障；
46.s5、完成指定的发射次数的信号发射后，在智能终端的app控制软件依次操作停止发射按钮、电源柜关闭按钮、和停止发电机按钮，或仅操作一键停止按钮，将控制指令发送到控制系统，控制系统收到控制指令后，依次控制逆变系统和参数采集系统停止工作、电源系统断电、发电机系统停止发电。综上可知，通过上述的一种开放式电磁法发送系统及其控制方法，具有以下优点：
47.(1)本发明为一种适用于地球物理勘探的多功能、智能化、开放式、模块化的开放式电磁法发送系统及其控制方法，能够满足地球物理勘探电磁法发送的不同需求，方便、快捷的根据需求在智能终端或云平台对发电机系统、电源系统、逆变系统、参数采集系统和控制系统进行任意组合、模块化集成、动态配置和功率调整，并在智能终端或云平台对一体化发送设备进行智能控制和监测，适用于不同的电磁法勘探方法和基于这些方法的发送、接收系统；
48.(2)通过本发明的开放式电磁法发送系统，在智能终端或云平台进行波形选择和波形参数配置，以及工作参数设置，能够对发送系统的发射信号及功能进行动多样化、定制化设计，并实现动态配置，实现不同信号类型发射和不同功率等级和电压、电流设置，工作方式设置；
49.(3)本发明的开放式电磁法发送系统的集成度更高，不用频繁更换设备，模块化集成便于安装和转移，利于设备的维护升级，设备的研发和维护等整体成本降低。
50.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。