馈能恒压钳位高速关断方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及地球物理勘探领域，更具体地，涉及一种馈能恒压钳位高速关断方法和装置。
【背景技术】
[0002]瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Method，简写为TEM)是地球物理科学中应用非常广泛的一种地质结构探测方法，其工作原理是利用发射机在发射天线中产生双极性脉冲电流，激发一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，测量由地下介质产生的感应电磁场(二次场)随时间的变化场，然后通过对二次场的研宄，获得地下物质体的信息。近年来，基于矿产资源勘探应用和能源战略需求，瞬变电磁法得到迅猛发展。
[0003]发射电流下降沿高速关断技术是瞬变电磁发射机的关键所在。针对地下浅部探测，总是要求关断延迟时间尽量的短，这样有利于观测二次场早期信号，此外，关断延迟时间越短，对应的高频分量越丰富，其浅部探测的分辨率越高；针对深部探测，需要观察二次场晚期信号，为了提高晚期信号强度，一方面要求增加发射电流，以增强深部地质结构的电磁响应，另一方面要求关断延迟时间尽量缩短，因为关断延迟时间越短，对应的感应电动势越强，则观测的晚期信号也越强，从而有效提高系统的探测深度。
[0004]瞬变电磁发射系统使用的发射天线一般为单匝或多匝不接地的回线，具有电感大、电阻小的特点。因此，在发射机输出电流的下降沿，由于发射天线电感的储能作用，电流并不能立即为零，而是以指数规律下降，不满足瞬变电磁系统的应用要求。
[0005]此外，现有的瞬变电磁发射机电流下降沿处理方法包括:⑴传统的RCD(Resistor&Capacitor&D1de)电路、RC(Resistor&Capacitor)电路、耗能型准谐振电路，可以在一定程度上减小关断延时，且电流下降沿的晚期线性度较好。(2)瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor，TVS)恒压钳位电路，当TVS管两端承受瞬间的高能量冲击时，能以极高的速度使其阻抗骤然降低，通过瞬间大电流，吸收发射天线中的能量，将其电压钳位在一个预定的数值上，可以实现电流下降沿高速关断。(3)齐纳稳压二极管恒压钳位电路，当齐纳稳压二极管反向并联在发射天线两端时，可以快速吸收发射天线能量，将发射天线两端电压钳位在齐纳稳压二极管的稳定电压值。
[0006]但是，上述现有技术存在如下技术缺陷:(I)传统的RCD、RC等处理方法可以为发射天线中的能量提供较为有效的泄放回路，保护电子开关不被发射天线产生的自感电压损毁，但此方法电流下降速度缓慢，且早期线性度较差，无法很好的满足瞬变电磁系统的应用要求。(2)TVS方法可以实现下降沿电流的短关断延时，但是TVS不能长期承受重复性瞬时脉冲，吸收能量的积累会使其烧毁，因此只能适用于小功率发射系统；此外，TVS器件存在较大的结电容，会使发射电流发生振荡。(3)齐纳稳压二极管方法可以实现发射电流快速下降，但是发射电流下降沿尾部存在过冲和振荡，而且随着使用时间的累积，齐纳稳压二极管吸收能量发热，其两端的电压会随温度变化，导致发射电流下降沿形态变化，发射电流质量不高，直接影响了系统的探测效果。
【发明内容】
[0007]针对上述技术缺陷，本发明的主要目的之一是提供一种瞬变电磁发射机发射电流下降沿关断方法，以实现瞬变电磁发射机发射电流下降沿高速、线性关断，且尾部振荡小，从而大大提高发射电流质量，改善瞬变系统地下目标勘探能力。
[0008]为达到上述目的，本发明的技术解决方案是:
[0009]作为本发明的一个方面，本发明提供了一种馈能恒压钳位高速关断装置，包括依次串联的H桥逆变电路、钳位电路和恒压源电路，其特征在于，
[0010]所述H桥逆变电路由四个电子开关组成，通过控制所述电子开关的导通与截止实现输入到输出装置上的双极性电流的输出信号的产生；
[0011]所述恒压源电路为恒电压输出电路，用于在所述输出信号的电流下降沿期间提供一个稳定的电压，使所述输出信号的电流线性快速下降；以及
[0012]所述钳位电路包括一个电子开关和一个二极管，用于在所述输出信号的电流下降沿期间，提供电流通路将所述输出装置中的能量通过所述二极管泄放到所述恒压源电路上，使所述输出信号的电压不高于所述恒压源电路的电压值，实现电压钳位目的，并在下一个输出信号电流上升沿期间，将上一次电流下降沿期间泄放到恒压源电路上的能量释放到所述输出装置上，以实现恒压源电压处于恒定状态。
[0013]其中，所述钳位电路和H桥逆变电路中电子开关的种类包括但不限于IGBT开关、MOSFET开关和SCR开关，所述钳位电路中的二极管为所述电子开关内部的体二极管，或者专门选用的外置二极管。
[0014]其中，在所述馈能恒压钳位高速关断装置中使用不同种类的电子开关。
[0015]其中，所述恒压源电路包括升压电路、恒流充电电路、储能电路和恒压控制电路，其中，
[0016]所述升压电路为隔离升压电路，用于将所述输出信号的电压转化为具有隔离性质的电压值Uh;
[0017]所述储能电路为一至多个电容器并联或串联的电路，所述电容的耐压值大于所述升压电路的电压值Uh;
[0018]所述恒流充电电路位于所述升压电路与所述储能电路之间，当所述储能电路中的电压低于％时，升压电路通过所述恒流电路以恒定的电流对所述储能电路充电，当所述储能电路中的电压值达到％时，所述恒流电路不再对储能电路充电；以及
[0019]所述恒压控制电路为滞回比较器电路，具有两个不相等的阈值形成滞回环，通过对所述升压电路和所述储能电路电压进行比较，来控制所述电压值Uh在两个阈值之间变化。
[0020]其中，所述电压值Uh数值范围在几百伏到上千伏。
[0021 ] 其中，所述钳位电路包括钳位开关电路和恒压钳位控制电路，其特征在于，
[0022]所述钳位开关电路，用于在所述输出信号的电流下降沿期间，将所述输出信号的能量通过二极管对所述恒压源电路中的储能电路放电，并在下一个输出信号的电流上升沿期间，将所述恒压源电路中储存的能量通过H桥逆变电路释放到输出电路中；以及
[0023]所述钳位控制电路，包括电阻分压电路和比较器电路，通过比较所述储能电路上的电阻分压值与参考电压，在所述输出信号的电流上升沿期间，使负责放电的电子开关按照所述比较器电路的输出电平完成放电动作；所述储能电路的能量回馈给所述H桥逆变电路，使所述输出信号的电流上升沿快速上升。
[0024]作为本发明的另一个方面，本发明提供了一种瞬变电磁发射机，所述瞬变电磁发射机包括发射机主控电路、发射天线，以及如上任意一项所述的馈能恒压钳位高速关断装置，其中，
[0025]所述发射机主控电路控制所述馈能恒压钳位高速关断装置，同时用于为所述发射机发射信号电流的产生提供时序逻辑，同时控制所述发射信号电流的重复频率、电流脉冲的宽度、占空比、同步、报警；以及
[0026]所述发射天线为所述馈能恒压钳位高速关断装置的输出装置，采用不接地回线。
[0027]作为本发明的再一个方面，本发明提供了一种如上所述的瞬变电磁发射机的馈能恒压钳位高速关断方法，包括以下步骤:
[0028]初始状态时，恒压源电路通过恒流充电电路对储能电路充电，使储能电路输出稳定电压Uh;
[0029]将所述H桥逆变电路切换至输出正向方波信号状态，将钳位电路中的电子开关截止，使所述H桥逆变电路的输出电压约等于供电电源的输出电压Us，所述电源开始通