一种发射机级联结构及电磁发射机系统的制作方法

本发明涉及探测技术领域，特别涉及一种发射机级联结构及电磁发射机系统。

背景技术：

可控源电磁法勘探用发射机是通过供电电极线，向接入大地中的电极注入交变电流的一种装置，它通常包括柴油发电机1、AC/DC模块2、发射模块3，以及供电线4和供电电极5，如图1所示。

对于电磁法勘探而言，发射机两个供电电极5的极距可以达到数公里，那么供电4线上的寄生参数就必然对发射波形产生一定的影响。由于供电线分布于发射机两侧，所以供电线的寄生电容通常较小，可以忽略不计；供电线通常是导电能力很强的金属材质，所以，其电阻通常也很小，可以忽略；影响发射机发射电流的主要是供电线的寄生电感的作用，由于电感具有阻碍电流变化的作用，所以，寄生电感将导致发射电流在交变的过程中，变化变慢，在发射高频信号时，导致发射的有效电流减小，发射功率降低，接收机获得的信号较弱，从而收发距不能够增大，到了低频区，较小的收发距，很容易使得接收机进入了近场区，使得后续的数据处理时需要做近场校正，不仅增加了一个校正工序，同时也由于校正而带来了数据误差。同时，传统发射机利用提高发射电压来提高发射电流的方法效果非常有限，AB电极距较大的条件下，甚至看不出有提高发射高频电流的能力，同时，太高的发射电压，给仪器的研制上带来了很多问题，比如，器件的电压应力，电流应力都会变得异常的大，仪器的复杂度也增加了。而且，较小的收发距离，也限制了野外施工的效率，增加了野外施工的工作量。因此对于电磁法发射机而言，发射高频大电流是一直期待解决的问题。

技术实现要素：

本发明旨在解决现有技术中电磁法发射机不能有效进行高频大电流发射的技术问题，提供一种发射机级联结构，有效提高了高频发射电流。

本发明的实施例提供一种发射机级联结构，所述发射机级联结构包括多个发射机组，所述每个发射机组分别包括一个第一发射机及一个第二发射机；

所述第一发射机包括一个第一H逆变桥，所述第二发射机包括一个第二H逆变桥；

所述第一H逆变桥的左桥臂与一个第一电极相连接，所述第二H逆变桥的右桥臂与一个第二电极相连接，所述第一H逆变桥的右桥臂通过一个第一电阻与第二H逆变桥的左桥臂相连接；

所述第一H逆变桥左、右下桥臂连接处分别通过一个第一二极管和一个第二二极管与第二H逆变桥左、右下桥臂连接处相连接，所述第一二极管D1与第二二极管D2的极性相反。

其中，所述每个发射机组中的第一电极与第二电极的极距为第一预设距离，相邻两个发射机组中的四个电极组成一个矩形，且相邻两个第一电极的距离为第二预设距离。

优选地，所述每个发射机组中的第一发射机的第一H逆变桥的右桥臂分别通过一个级联电阻与其他每个发射机组中的第二发射机的第二H逆变桥的左桥臂相连接。

优选地，所述第一预设距离为1千米-2千米。

优选地，所述第一预设距离为50-100米。

本发明的实施例还提供一种电磁发射机系统，所述电磁发射机系统包括柴油发电机，AC/DC变换器，控制器及发射机级联结构；

所述发射机级联结构包括多个发射机组，所述每个发射机组分别包括一个第一发射机及一个第二发射机；

所述第一发射机包括一个第一H逆变桥，所述第二发射机包括一个第二H逆变桥；

所述第一H逆变桥的左桥臂与一个第一电极相连接，所述第二H逆变桥的右桥臂与一个第二电极相连接，所述第一H逆变桥的右桥臂通过一个第一电阻与第二H逆变桥的左桥臂相连接；

所述第一H逆变桥左、右下桥臂连接处分别通过一个第一二极管和一个第二二极管与第二H逆变桥左、右下桥臂连接处相连接，所述第一二极管D1与第二二极管D2的极性相反；

所述每个发射机组中的第一电极与第二电极的极距为第一预设距离，相邻两个发射机组中的四个电极组成一个矩形，且相邻两个第一电极的距离为第二预设距离；

所述柴油发电机通过AC/DC变换器给所述每个第一发射机及第二发射机提供一个发射电压，且所述控制器控制每个第一H逆变桥及第二H逆变桥的工作状态相同。

优选地，所述每个发射机组中的第一发射机的第一H逆变桥的右桥臂分别通过一个级联电阻与其他每个发射机组中的第二发射机的第二H逆变桥的左桥臂相连接。

优选地，所述第一H逆变桥及第二H逆变桥的工作状态包括：

第一种工作状态：每个H逆变桥的左上桥臂及右下桥臂的开光管导通，左下桥臂及右上桥臂的开光管关断；

第二种工作状态：每个H逆变桥的左下桥臂及右上桥臂的开关管导通，左上桥臂及右下桥臂的开光管关断；

第三种工作状态：每个H逆变桥的左上桥臂、左下桥臂、右上桥臂及右下桥臂的开关管关断。

优选地，所述第一预设距离为1千米-2千米。

优选地，所述第二预设距离为50-100米。

优选地，所述开关管为MOSFET或IGBT。

本发明的实施例提供的一种发射机级联结构，通过设置多个发射机组，每个发射机组分别设置连接两个发射电极，通过控制H逆变桥按照同一种模式工作，不仅避开了供电线电感的作用，而且还令供电线的电感在系统中发挥作用，有效减小了电流的上升时间，从而在发射高频的时候，有效提高了其高频发射电流。

附图说明

图1为现有技术中的电磁发射机系统结构示意图；

图2为本发明一种实施例的发射机级联结构示意图；

图3为本发明一种实施例的电极的几何位置示意图；

图4为本发明一种实施例的电磁发射机系统与现有技术中的电磁发射机系统的发射电流波形图。

图中，10-发射机一；20-发射机二；30-发射机三；40-发射机四；100-电极一；200-电极二；300-电极三；400-电极四。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

本发明的实施例提供一种发射机级联结构，所述发射机级联结构包括多个发射机组，所述每个发射机组分别包括一个第一发射机及一个第二发射机；

所述第一发射机包括一个第一H逆变桥，所述第二发射机包括一个第二H逆变桥；

所述第一H逆变桥的左桥臂与一个第一电极相连接，所述第二H逆变桥的右桥臂与一个第二电极相连接，所述第一H逆变桥的右桥臂通过一个第一电阻与第二H逆变桥的左桥臂相连接；

所述第一H逆变桥左、右下桥臂连接处分别通过一个第一二极管和一个第二二极管与第二H逆变桥左、右下桥臂连接处相连接，所述第一二极管D1与第二二极管D2的极性相反。

其中，所述每个发射机组中的第一电极与第二电极的极距为第一预设距离，相邻两个发射机组中的四个电极组成一个矩形，且相邻两个第一电极的距离为第二预设距离；

优选地，所述每个发射机组中的第一发射机的第一H逆变桥的右桥臂分别通过一个级联电阻与其他每个发射机组中的第二发射机的第二H逆变桥的左桥臂相连接。

下面以具有两个发射机组的级联结构为例子进行说明：

如图2所示，第一发射机组具有发射机一10和发射机二20，第二发射机组具有发射机三30和发射机四40，所述发射机一10、发射机二20、发射机三30及发射机四40分别包括一个H逆变桥；所述发射机一10的H逆变桥的左桥臂与电极一100相连接，所述发射机二20的H逆变桥的右桥臂与电极二200相连接，所述发射机一10的H逆变桥的右桥臂通过电阻R1与发射机二20的H逆变桥的左桥臂相连接。

所述发射机三30的H逆变桥的左桥臂与电极三300相连接，所述发射机四40的H逆变桥的右桥臂与电极四400相连接，所述发射机三30的H逆变桥的右桥臂通过电阻R3与发射机四40的H逆变桥的左桥臂相连接。

所述发射机一10的H逆变桥的左、右下桥臂连接处分别通过二极管D1和二极管D2与发射机二20的H逆变桥的左、右下桥臂连接处相连接，所述二极管D1与二极管D2的极性相反；所述发射机三30的H逆变桥的左、右下桥臂连接处分别通过二极管D3和二极管D4与发射机四40的H逆变桥的左、右下桥臂连接处相连接，所述二极管D3与二极管D4的极性相反。

如图3所示，所述每个发射机组中的第一电极与第二电极的极距为第一预设距离，相邻两个发射机组中的四个电极组成一个矩形，且相邻两个第一电极的距离为第二预设距离，即电极一100、电极二200、电极三300及电极四400之间形成一个矩形，电极一100与电极二200之间的极距形成矩形的一条边，电极三300与电极一100之间的距离形成矩形的另一条边。

所述第一预设距离可以为数公里，本实施例中，优选地，所述第一预设距离的取值范围为1千米-2千米，所述第二预设距离的取值范围为50-100米。

进一步地，如图2所示，所述第一发射机组中，发射机一10的H逆变桥的右桥臂通过一个级联电阻R2与第二发射机机组中的发射机四40的H逆变桥的左桥臂相连接；同样的，所述第二发射机组中，发射机三30的H逆变桥的右桥臂通过一个级联电阻R4与第一发射机组中的发射机二20的H逆变桥的左桥臂相连接。

本发明的实施例还提供一种电磁发射机系统，所述电磁发射机系统包括柴油发电机，AC/DC变换器，控制器及上述的发射机级联结构；

所述柴油发电机通过AC/DC变换器给所述每个第一发射机及第二发射机提供一个发射电压，且所述控制器控制每个第一H逆变桥及第二H逆变桥的工作状态相同。

进一步地，所述第一H逆变桥及第二H逆变桥的工作状态包括以下几种：

第一种工作状态：每个H逆变桥的左上桥臂及右下桥臂的开光管导通，左下桥臂及右上桥臂的开光管关断；

第二种工作状态：每个H逆变桥的左下桥臂及右上桥臂的开关管导通，左上桥臂及右下桥臂的开光管关断；

第三种工作状态：每个H逆变桥的左上桥臂、左下桥臂、右上桥臂及右下桥臂的开关管关断。

本发明的实施例中，优选地，所述开关管为MOSFET或IGBT。

同样，结合图2所示，以具有两个发射机组的级联结构的电磁发射机系统为例，来进一步说明本发明的技术方案及其工作过程。

图2中所示的四个发射机完全一样，包括发射机的H逆变桥的工作状态在某一时刻的关闭状态都一样，四个发射机都是通过一个柴油发电机发电，并经过一系列变换处理后得到了发射电压U，为了加以区分，这里假设发射机一10的发射电压为U1，发射机二20的供电电压为U2，发射机三30的供电电压为U3，发射机四40的供电电压为U4，同时以每个H逆变桥的右上桥臂和左下桥臂的开关管导通，右下桥臂与左上桥臂的开关管关断为列进行说明，其工作电流回路如下：

发射机一10的工作电流回路为：U1正→开关管S12→电阻R1→开关管S23→二极管D2→U1负；

发射机二20的工作电流回路为：U2正→开关管S22→电极二→电极一→开关管S13→二极管D1→U2负；

发射机三30的工作电流回路为：U3正→开关管S32→R3→开关管S43→二极管D4→U3负；

发射机四40的工作电流回路为：U4正→开关管S42→电极四→电极三→开关管S33→二极管D3→U4负；

相应的可以获得每个H逆变桥的右上桥臂和左下桥臂的开关管关断，右下桥臂与左上桥臂的开关管导通时的工作电流回路。

为了说明本发明的具有发射机级联结构的电磁发射机系统提高高频发射电流的能力，与图1中传统的单发射机做一个对比试验。设四个发射机的电压都为500V，每对等效接地电阻都为50Ω，电阻R1＝R2＝R3＝R4＝0Ω，电极距d长度的供电线寄生电感为2mH，发射频率为10KHz，传统发射机的两个发射极距d长度的供电线寄生电感为2mH，发射电压为600V，其4倍发射电流与新型设计的发射机级联发射电流波形如图3所示。

从图3可以看出，具有发射机级联结构的电磁发射机系统的输出电流明显高于四倍的传统发射机系统单独发射电流，四倍传统发射机的发射峰值电流为28A，具有发射机级联结构的电磁发射机系统发射输出高达28.5A，并且发射电流具有更宽的波形，具有更强的有效性。具有发射机级联结构的电磁发射机系统具有明显的优势。

因此，本发明上述实施例的具有发射机级联结构的电磁发射机系统大大提高了高频发射电流，不仅避开了供电线电感的作用，而且还令供电线的电感在系统中发挥作用，有效减小了电流的上升时间，从而确保了在发射高频的时候，具有更高的发射电流，而且发射能力大于各自单独发射能力之和。

上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。