一种大功率电磁发射机性能评定方法
【专利摘要】本发明公开了一种大功率电磁发射机性能评定方法，包括如下步骤：对大功率电磁发射机的每个发射频点对应性能参数进行实时采样；提取每个发射频点对应的性能参数数据，生成相应的数据表并显示；计算数据表中每个发射频点的性能参数数据的期望、标准差、变化趋势；将计算得到的期望、标准差、变化趋势绘制出大功率电磁发射机性能参数的分布曲线并保存大功率电磁发射机性能参数数据。本发明能快速有效的分析出大功率电磁发射机在工作时，发射频点的稳定性及其发射频率分布。本发明能直接检验出各种大功率电磁发射机的发射效果、优缺点，为接收机在接收数据、对其数据处理上提供了一定指导作用，对大功率电磁发射机的优化有一定的指导意义。
【专利说明】一种大功率电磁发射机性能评定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及大功率电磁发射机性能评定方法，属于地质勘探【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 目前，能源争夺是国际竞争的永久话题，能源勘察是能源竞争的基础。能源勘察 不仅影响当前经济的发展，也是国家制定发展规划的基础，制约着国家经济的可持续发 展。现有矿产资源的开采和勘探随地质条件的复杂性使勘探具有高难度。
[0003] 金属矿通常具有良好的导电性，因此电磁法是寻找金属矿最为有效的地球物理勘 探手段。电磁法是通过获取大地介质对射入电磁场的响应，来构建地下介质电导率的分布 信息。
[0004] 加拿大凤凰公司从上世纪80年代至今推出了 V4、V6、V8电磁发射系统，其中V8 发射机的最大功率达到20kW，电流范围0. 5A-40A ;而美国Zonge公司推出的电磁发射系统 ⑶P12、⑶P16、⑶P32的功率范围从3KW-30KW，输出电压50V-1000V。近些年，由国土资源部 开展的国土资源部深部探测技术与实验研宄专项（Sinoprobe)《地面电磁探测（SEP)系统 研制》项目，由北京工业大学张一鸣教授团队研发的SEP发射机，主要针对地面电磁探测系 统中高压大功率发射机技术进行研宄，为我国用于电磁法勘探的大功率电磁发射机技术提 供理论支撑与技术保障。然而无论是国外的凤凰公司的生产的V8电磁发射机、美国Zonge 公司推出的GDP32电磁发射机，还是我们国家自行研制的SEP大功率电磁发射机，均没有一 个比较健全的检验大功率电磁发射机发射效果的评判方法。
[0005] 在电磁法中，由于发射频率对接收机接收效果和后续分析有重大影响，因此实际 发射频率的稳定性和分布情况是对发射机发射效果的一个极其重要的评判因素。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是：评定大功率电磁发射机的性能。
[0007] 为实现上述的发明目的，本发明提供了一种大功率电磁发射机性能评定方法，包 括如下步骤：
[0008] 对大功率电磁发射机的每个发射频点对应性能参数进行实时采样；
[0009] 提取每个发射频点对应的性能参数数据，生成相应的数据表并显示；
[0010] 计算数据表中每个发射频点的性能参数数据的期望、标准差、变化趋势；
[0011] 将计算得到的期望、标准差、变化趋势绘制出大功率电磁发射机性能参数分布曲 线并保存大功率电磁发射机性能参数数据。
[0012] 其中较优地，所述对大功率电磁发射机的每个发射频点对应性能参数进行实时采 样的步骤具体包括：
[0013] 对大功率电磁发射机输出的性能参数信号调理；
[0014] 对调理后的性能参数信号采样得到性能参数数据；
[0015] 对采样到的性能参数数据进行处理。
[0016] 其中较优地，所述对大功率电磁发射机输出的性能参数信号调理的步骤具体包 括：
[0017] 对大功率电磁发射机输出的性能参数信号跟随处理；
[0018] 对跟随后的性能参数信号放大处理；
[0019] 对放大处理后的性能参数信号滤波处理；
[0020] 对滤波处理后的性能参数信号做电平转换处理。
[0021] 其中较优地，所述对采样到的性能参数数据处理的步骤具体包括：
[0022] 通过时差法测量大功率电磁发射机发射时的实际发射频率；
[0023] 被测频率信号与参考频率信号通过分频器产生相位/时间差；
[0024] 通过对相位/时间差计算得到频差和频差的起伏。
[0025] 其中较优地，所述应性能参数包括：输出电压、输出电流及实际发射频率。
[0026] 其中较优地，所述实际发射频率的分布曲线是按标准差较大的实际发射频率概率 绘制的。
[0027] 其中较优地，所述输出电压、输出电流的分布曲线是拟合得到的。
[0028] 其中较优地，所述每个发射频点对应性能参数是实时采集的。
[0029] 其中较优地，所述应性能参数的数据是通过Labview处理并显示的。
[0030] 其中较优地，所述应性能参数的期望、标准差、变化趋势是通过MTLAB计算的。
[0031 ] 本发明提供的大功率电磁发射机性能评定方法，能快速有效的分析出大功率电磁 发射机在工作时，发射频点的稳定性及其发射频率分布。本发明能直接检验出各种大功率 电磁发射机的发射效果、优缺点，为接收机在接收数据、对其数据处理上提供了一定指导作 用，对以后的大功率电磁发射机的优化有一定的指导意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0032] 图1是本发明大功率电磁发射机性能评定方法流程示意图；
[0033] 图2是本发明数据采集信号流程示意图；
[0034] 图3是本发明信号调理流程示意图；
[0035] 图4是本发明数据采集时数据转换流示意图；
[0036] 图5是本发明数据采集系统结构示意图；
[0037] 图6是本发明DSP时差法测频原理示图；
[0038] 图7是本发明上位机数据处理示意图；
[0039] 图8是本发明采样数据表；
[0040] 图9是本发明上位机显示界面示意图；
[0041]图10是本发明上位机实际发射频率的标准差示意图；
[0042] 图11是本发明大功率电磁发射机发射频率设定为9600Hz时实际发射频率分布示 意图；
[0043] 图12是本发明大功率电磁发射机发射频率设定为7680Hz时实际发射频率分布示 意图；
[0044] 图13是本发明大功率电磁发射机发射频率设定为5120Hz时实际发射频率分布示 意图；
[0045] 图14是本发明大功率电磁发射机发射频率设定为3840Hz时实际发射频率分布示 意图。
【具体实施方式】
[0046] 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。
[0047] 如图1所示，本发明提供一种大功率电磁发射机性能评定方法，包括如下步骤：对 大功率电磁发射机的每个发射频点对应性能参数进行实时采样；提取每个发射频点对应的 性能参数数据，生成相应的数据表并显示；计算数据表中每个发射频点的性能参数数据的 期望、标准差、变化趋势；将计算得到的期望、标准差、变化趋势绘制出大功率电磁发射机性 能参数分布曲线并保存大功率电磁发射机性能参数数据。下面对本发明还提供的大功率电 磁发射机性能评定方法展开详细的说明。
[0048] 首先，介绍对大功率电磁发射机的每个发射频点对应性能参数进行实时采样的步 骤。
[0049] 在本发明的一个实施例中，如图2所示，对大功率电磁发射机的每个发射频点对 应性能参数进行实时采样的步骤具体包括：对大功率电磁发射机输出的性能参数信号调 理；对调理后的性能参数信号采样得到性能参数数据；对采样到的性能参数数据处理。将 处理后的采样数据上传到上位机中。具体地大功率电磁发射机输出的性能参数包括：输出 电压、输出电流及实际发射频率。
[0050] 在本发明中，如图3所示，对大功率电磁发射机输出的性能参数信号调理的步骤 进一步还包括：对大功率电磁发射机输出的性能参数信号跟随处理；对跟随后的性能参数 信号放大处理；对放大处理后的性能参数信号滤波处理；对滤波处理后的性能参数信号做 电平转换处理。如图3所示，具体地，将大功率电磁发射机的性能参数信号输出端连接信号 输入端，将大功率电磁发射机发射时实际性能参数信号通过信号跟随电路和放大电路，提 高频率采集的精度和准确度，将误差信号去除；再由低通滤波电路将实际采样所需的频率 信号提取出来，滤除一些不需要的信号；再经过电平转换电路，将大功率电磁发射机输出的 性能参数信号转换成相应的电平以适合采样处理。将电平转换处理后的性能参数信号传输 至传送到采样电路中。
[0051] 在本发明中，如图4所不，AD米样单兀将大功率电磁发射机输出的电压和输出电 流进行实时采样跟踪。AD采样单元优选采用AD7606芯片，此芯片内置模拟输入钳位保护、 二阶抗混叠滤波器、跟踪保持放大器、16位ADC及高速串行和并行接口，所有通道均能以高 达200KSPS的吞吐速率采样。
[0052] 在本发明中，如图5所示，AD采样电路将采样得来的频率信号传送到DSP的进行 处理，通过DSP的计算得到最终的采样频率，传送给上位机。DSP对大功率电磁发射机发射 时的实际发射频率、输出电压和输出电流进行的实时采样，经过信号的调理和DSP的处理 将采集到的数据信号上传到上位机。DSP优选采用TMS320F28335DSP芯片。如图6所示， DSP通过时差法测量大功率电磁发射机发射时的实际发射频率，被测频率信号与参考频率 信号通过分频器产生相位/时间差，通过对相位/时间差计算得到频差和频差的起伏。该 方法在数据处理和频率测量上有着非常大的灵活性，易于控制且可以快速而又精确的得到 实际的发射频率。
[0053] 其次，介绍提取每个发射频点对应的性能参数数据，生成相应的数据表并显示的 步骤。
[0054] 如图7所示，上位机接收DSP传输的每个发射频点实时发射的输出性能参数（输 出电压、输出电流及实际发射频率）数据，生成相应的数据表，并储存到相应的数据表中。 例如可以储存到excel表中，如图8所示，表中从左到右记录的分别是采样电压的峰峰值， 发射的频率值及采样电流的峰值，最左侧每一个编号对应一个周期。如图9所示，上位机可 以采用Labview软件实时显示采样数据，在显示界面中生成实际的发射频率波形图，直接 观测到大功率电磁发射机在该频点下的实际发射频率，并生成实际发射频率、输出电压、输 出电流的数据表，实时显示采样得到的发射电压的峰峰值，发射电流的峰峰值及实际发射 频率的变化。应当可以理解，本发明不仅限于此，其他与Labview软件功能相似的工具仍然 可以实现本发明。例如，用C#或C语言编程的用于上位机显示工具都可以实现。
[0055] 再次，介绍计算数据表中每个发射频点的性能参数数据的期望、标准差、变化趋势 的步骤。
[0056] 上位机将每个发射频点的实际发射频率、输出电压、输出电流的数据导入到 MTLAB软件中准备进行处理；利用MTLAB软件计算出每个发射频点的频率的期望，标准 差，变化趋势等。当然可以理解，不仅限于此，对每个发射频点的频率的期望，标准差，变化 趋势等计算时可以采用其它与MATLAB软件具有同等功能的软件也可以实现。具体计算处 理过程如下：
[0057] 设每个发射频点采样得到的频点有η个，分别用Xl，X2，…X n来表示，其期望的表 达式如式（1)所示：
【权利要求】
1. 一种大功率电磁发射机性能评定方法，其特征在于，包括如下步骤： 对大功率电磁发射机的每个发射频点对应性能参数进行实时采样； 提取每个发射频点对应的性能参数数据，生成相应的数据表并显示； 计算数据表中每个发射频点的性能参数数据的期望、标准差、变化趋势； 将计算得到的期望、标准差、变化趋势绘制出大功率电磁发射机性能参数分布曲线并 保存大功率电磁发射机性能参数数据。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对大功率电磁发射机的每个发射频点 对应性能参数进行实时采样的步骤具体包括： 对大功率电磁发射机输出的性能参数信号调理； 对调理后的性能参数信号采样得到性能参数数据； 对采样到的性能参数数据进行处理。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对大功率电磁发射机输出的性能参数 信号调理的步骤具体包括： 对大功率电磁发射机输出的性能参数信号跟随处理； 对跟随后的性能参数信号放大处理； 对放大处理后的性能参数信号滤波处理； 对滤波处理后的性能参数信号做电平转换处理。
4. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对采样到的性能参数数据处理的步骤 具体包括： 通过时差法测量大功率电磁发射机发射时的实际发射频率； 被测频率信号与参考频率信号通过分频器产生相位/时间差； 通过对相位/时间差计算得到频差和频差的起伏。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述应性能参数包括：输出电压、输出电流 及实际发射频率。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述实际发射频率的分布曲线是按标准差 较大的实际发射频率概率绘制的。
7. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述输出电压、输出电流的分布曲线是拟合 得到的。
8. 如权利要求1-7任意一项所述的方法，其特征在于，所述每个发射频点对应性能参 数是实时米集的。
9. 如权利要求1-7任意一项所述的方法，其特征在于，所述应性能参数的数据是通过 Labview处理并显示的。
10. 如权利要求1-7任意一项所述的方法，其特征在于，所述应性能参数的期望、标准 差、变化趋势是通过MATLAB计算的。
【文档编号】G01V13/00GK104459827SQ201410653516
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】张一鸣, 任喜国, 韩磊, 陶海军, 王旭红, 史志富, 朱学政 申请人:北京工业大学