浅海底瞬变电磁探测发射系统研究

研究了瞬变电磁探测发射系统中的几项关键技术,包括发射桥路的对比和选择,发射驱动电路的设计、缓冲吸收电路的设计以及过流保护电路的设计等。针对浅海底探测这一应用环境的特殊性,设计了一套浅海底拖曳式瞬变电磁探测的发射系统,给出仪器系统总体框图。系统实现了小型化、无人操作、大电流、短关断时间及小过冲电流的发射。给出了发射波形的实测结果。     

瞬变 / 谐变一体化的大地电磁收发线圈设计

采用瞬变电磁法和谐变电磁法仪器观测地下空间数据并进行融合处理,能够提高探测成像能力,然而现有的瞬变电磁法和谐变电磁法仪器独立成套,必须配置多套仪器分次采集。设计了一种可满足瞬变/谐变两种模式使用的小型、大带宽、高灵敏度大地电磁收发线圈,为便携、浅层高分辨的瞬变/谐变一体化电磁探测系统开发奠定基础。首先,建立了空心线圈传感器等效电路模型,分析了线圈传感器的灵敏度和噪声特性,制作的传感器经过测试表明,在1 125 Hz处,灵敏度为23.12 mV/nT,等效磁噪声9.27 pT/√Hz,传感器带宽1 Hz～100 kHz;然后,通过公式和有限元软件对传感线圈偏心放置时收发耦合进行了计算,确定了收发线圈组合的最佳耦合位置,计算和仿真结果与实际位置分别相差0.21%和0.17%,有效对消了发射磁场(一次场)。构建了时间域和频率域电磁法探测系统,测试表明,设计的瞬变/谐变一体化收发线圈能够满足时间域和频率域电磁法两种探测模式使用。     

一种改善瞬变电磁发射电流波形的系统设计

为了减小瞬变电磁发射机发射电流的关断时间,保证发射电流关断沿的线性度,抑制关断后电流过冲,简化钳位电压电路,设计了一种简便的瞬变电磁发射系统。提出了一种利用TVS管和电容相结合的恒压钳位电路并采用传统的在负载两端并联匹配电阻的吸收方式。通过调节TVS管的稳压值,可以调节关断时间和关断沿斜率;选择直接在负载两端匹配合适电阻,保证了关断前期处于欠阻尼状态,关断后期处于临界阻尼状态,在快速关断的前提下,有效防止关断后电流过冲,达到了改善发射电流波形的目的。实验结果表明,该系统电路结构简单、稳定、易于实现,在短关断延时、关断沿线性化和关断后无过冲方面,得到明显改善。     

径向磁场与环向电流作用的电磁发射模式

常规线圈型电磁发射器的径向应力远大于轴向加速力,因此构建了径向磁场与环向电流作用的多极矩场电磁发射模式;介绍了多极矩场电磁发射器的系统设计,分析了弹射部分和多级加速部分电磁力的产生,基于抛体电流丝法建立了发射系统的机电方程;采用电磁场有限元与瞬态电路耦合法,仿真分析了单级8极矩场电磁发射的瞬态过程;搭建原理性缩比实验,验证了多极矩场电磁发射模式的可行性。     

海洋可控源电磁探测系统概述

海洋可控源电磁发射系统对我国海洋探测有不可代替的作用,符合向海洋进军,海洋强国的战略构想。工欲善其事,必先利其器,完善和改进海洋可控源电磁发射机是实现这一构想的重要一步。     

基于Maxwell 3D瞬变电磁法三维正演研究

瞬变电磁法(TEM)是一种时间域电磁法,在地球物理勘探领域得到广泛应用。目前三维反演的快速性与精确度均存在着很多问题,这就需要三维正演分析提供支持,但是应用于瞬变电磁法的专业三维正演软件非常缺乏。基于此,本文创新性地将Ansoft Maxwell 3D引入瞬变电磁法地质探测的正演分析中,建立了均匀半空间瞬变电磁正演模型,与传统的电磁模型分析软件EMMA进行对比,证实了Maxwell用于瞬变电磁法正演的可行性与有效性;同时,还构建了低阻三维地质异常体的Maxwell正演模型。仿真结果可以很好地反映地下异常体的存在,证明Ansoft Maxwell 3D能很好的应用于TEM正演模型的构建与分析。     

水下金属管线探测仪电磁信号发送机设计

针对江河水下金属管线埋深大、距离长等特点,专门设计了一种基于STM32和CPLD的电磁信号发送机,为电磁法探测水下金属管线提供人工场源。介绍了水下金属管线探测仪电磁信号发送机的设计方法,根据实际探测情况建立了发送机信号输出回路的物理模型,推导了输出回路的数学表达式并进行了仿真,描述了发送机电路结构与输出电流的测量方法,仿真和样机实验结果表明,发送机设计方法可行,输出信号频率稳定,最大输出功率可达1 000 W,电流测量相对误差约2%,可为水下金属管线的电磁测深提供能量充足且稳定的电磁信号。     

一种高速电磁制动器制动过程的动态特性分析

电磁制动器的动态特性是反映其制动性能的主要指标,动态电流与动态电磁吸力直接影响到电磁制动器的动作时间,从而对制动效果产生影响.基于所设计的电磁制动器,根据电磁机构工作原理,分别建立了一种锥面接触电磁制动器的电磁学与动力学的数学模型,并在此基础上利用有限元分析软件对电磁制动器进行动态仿真,分析了动态电流与动态电磁吸力变化过程.仿真分析和实验结果都表明该电磁制动器能够在预期的时间内安全可靠地达到制动效果,从而为研究类似结构的电磁机构进行了有益的探索.     

电磁搅拌电源死区补偿系统设计与实现

电磁搅拌电源输出低失真电流波形是电磁搅拌器负载产生标准的旋转磁场并能长期可靠运行的重要保证. 电磁搅拌专用电压型逆变器由于死区的存在不可避免地会对输出电流波形造成影响.针对电磁搅拌专用电压型逆变器 死区的影响,对电压逆变器所必需的死区时间和其特性效应进行了分析.根据死区效应分析,结合电磁搅拌负载系统 自身属重感性负载,设计了一种实时调整每个载波周期中的实际IGBT导通时间的补偿方法,达到消除死区效应影响 的目的,并且通过试验验证了所采用方法可以有效改善输出电流的波形畸变,降低输入至电磁搅拌器负载中电流的谐 波含量.     

电磁探测场源的复杂多频点时钟设计

为了拓宽多功能电磁发射机的频点覆盖范围,采用VHDL分频技术和直接数字频率合成技术(DDS)相结合的频率生成技术,就可以产生复杂多频点的时钟信号,使之适用于时间域、频率域以及直流电法等领域的探测.输出信号频率范围为DC-69500Hz之间,部分占空比可调.     

电磁探测中对电力杆塔作用范围的影响因素研究

地下采空区对地表电力设施的安全稳定运行构成重大威胁,对采空区进行合理探测可以有效减小事故发生的可能性。架设输电线路所用的电力杆塔大多采用铁质材料制成,具有高电导率和高磁导率特性,极易对采空区检测的电磁信号造成影响。本文借助相关仿真软件构造了三维电力杆塔下采空区模型,研究分析了激励区域、注入电流、激励模式、杆塔体积和杆塔半径对杆塔作用范围的影响。结果表明,电力杆塔会对流经其附近的电磁信号造成严重影响,且在杆塔中心附近影响最为突出,但激励区域和注入电流的改变并不会改变杆塔的作用范围。在电力杆塔附近采空区进行电磁探测时,宜采用相对远距离发射激励信号,同时检测电力杆塔附近信号或去除电力杆塔附近探测数据,可在一定程度上减小电力杆塔对采空区电磁探测的影响。     

控制与开关保护电器的新型智能控制应用技术及其动态特性

针对传统智能接触器线圈电流脉动较明显的缺点,提出一种带电流反馈系统的智能控制方法应用于控制与保护开关电器(CPS)的电磁系统。不仅可以保持CPS线圈电流平稳,还可有效降低CPS电磁系统的功率损耗。在此基础上,提出一种对带电流反馈智能控制系统的CPS电磁传动机构进行动态特性仿真的方法。该方法建立一组多态方程组,其状态与电流反馈信号动态耦合,并随时间变化相互转化。仿真结果与试验结果一致。利用该方法,研究了硬件参数对CPS智能控制系统性能的影响,并根据分析结果对控制参数进行优化设计。     

瞬变电磁发射技术的新进展

瞬变电磁法(TEM)是一种地球物理探测方法，短关断延时、大电流、高线性度下降沿的双极性脉冲电流是瞬变电磁发射技术的发展趋势，高速关断技术是瞬变电磁系统的核心技术。论文全面分析了国内外先进的瞬变电磁发射机性能，对比分析了关断延时、下降沿线性度等关键指标，提出了恒压箝位高速关断技术，分析了电路原理，并与国际先进仪器做了对比。提出电路下降沿线性度高、关断延时最短，有利于早期数据校正；实现了负载能量回馈、缩短了脉冲上升时间；电路参数最优解不随电源、负载、脉冲电流幅值变化；大电流发射和短关断延时实现了宽深度测量。推荐电路已经在瞬变电磁测量系统中得到成功应用。     

基于瞬变电磁理论探伤仪的接收系统研究

瞬变电磁法作为一种地球物理的探测方法,在时间空间上具有可分性,方法简单,信息量丰富准确度高,其测井方法对于提高中后期油田剩余油的采收率有着十分重要的意义。主要研究了瞬变电磁探伤仪的理论依据与接收系统,通过对建立模拟模型的运算与推导,然后经过理论推导证实了瞬变电测法测井的可行性。仪器探头探测到套管的缩径、穿孔、腐蚀和破裂等现象,发射出极微弱的信号给井下接收系统,接收系统接收到综合度很高的信号,需要对其研究分离技术和有效起始时间的确定。并在此基础上考虑提高接收系统瞬变电磁法的测试准确度。     

线电流激励下偏心介质柱的电磁散射

偏心介质柱的电磁散射是电磁探测过程中经常碰见的问题,传统上采用数值方法进行求解,为此,求取了其在线电流源激励下的解析解。通过采用模式匹配法,将模型的边界条件转化为矩阵方程,再由矩阵方程进一步得到偏心介质柱的电磁散射解析解。该解在实际模型计算中速度快,较传统方法提高了求解效率。通过与有限差分法得到的数值结果对比,得到的解析解与数值解高度一致,较前人文献结果更准确。该解析解不仅可用于线电流源激励下偏心介质柱电磁散射的快速计算,对半空间内柱状物体的电磁散射特性研究也有重要意义。     

TEM发射信号质量测量算法研究

瞬变电磁法(TEM)是探测地下介质电性参数信息的重要方法。针对TEM发射机的发射电流信号质量定量分析的问题,本文详细分析了发射信号的各参数对观测结果的影响,并且提出了测量发射信号质量的算法,实现了对电流信号的各阶段时间、电流值、期望直线拟合度、关断率、过冲率等质量参数的测量。最后,设计了一套基于DSP的TEM发射信号质量测量系统。大量实验表明,该测量方法行之有效,满足对TEM发射信号的质量评价,具有很强的工程实用性。     

采用FPGA减小控制延时的逆变器直流侧电容均压策略

针对应用于电磁发射系统瞬时大功率、大电流工况的,独立双三相共母线五电平NPC/H桥逆变器直流侧电容均压控制策略进行了研究.首先,介绍了研究对象的拓扑结构与均压控制原理.接着,分析了实际调制过程中均压控制延时产生的原因及影响负效果.据此,提出了一种采用FP-GA减小控制延时的均压控制策略.通过直流侧电容电压比较电路,FP...     

GPS同步瞬变电磁探测系统设计

瞬变电磁法是电法勘探的一种重要手段,基本原理是根据物质电阻率差异来确定被探测目标的物理参数,广泛应用于找矿、地下水探测、环境污染探测、工程探测、军事探测等方面.瞬变电磁探测系统发射机与接收机要求严格同步,同步误差要求小于1μs.本文系统阐述了GPS(全球卫星定位系统)同步瞬变电磁探测系统的工作原理、系统组成及技术特点.并根据野外实际探测结果与要求,讨论了其他同步方式的优缺点、IGBT快关断大功率发射机、基于浮点放大的同步接收机的设计等问题.     

小型电磁发射系统初级能源与Pspice仿真

针对脉冲电源的初级能源充电慢、体积大、效率低,不适合应用于小型电磁发射系统的问题,采用了理论论证与仿真验证相结合的方法,设计了具有恒流充电特性的小型电磁发射系统的初级能源,从理论上推导了具有变压器的串联谐振电路的恒流特性.设计了该电路的Pspice仿真模型,得出了仿真结果,在此基础上对电路的恒流特性及软开关实现做了详细分析和论证.结果表明该系统具有充电快、效率高、可实现软开关等优点.理论推导和仿真结论可作为进一步研究小型电磁发射系统初级能源的依据,对今后的工作具有指导意义.     

一种新型的双极性脉冲电流源

在瞬变电磁探测领域中,发射电流波形的质量将会直接影响到地质体感应信号的检测。瞬变电磁法理论基于阶跃波电流源激励,为了探测浅层部地质信息,要求脉冲电流关断延时短、上升下降沿线性度高,探测系统动态性能好,但由于发射线圈呈感性,在大电感负载下实现理想的阶跃脉冲是非常困难的。研究改善发射电流脉冲波形前、后沿波形质量的电路拓扑、控制方法,并研究了电磁发射机整流方案。分析了电路的工作原理,讨论了电路参数优化计算,从负载电流上升、下降沿波形的线性度和稳压电容电压波动范围出发,给出了恒流电路中电感值和钳位电容值的最优值选取方法,并通过仿真实验,验证了理论分析的正确性。与已报道电路相比,该电路结构简单,上升、下降沿线性度好,动态性能好。