全航空瞬变电磁系统双极性半正弦电流产生装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于航空瞬变电磁勘探技术领域，涉及一种全航空瞬变电磁系统双极性半 正弦电流产生装置和方法。
【背景技术】
[0002] 航空瞬变电磁勘探系统（ATEM)是矿产勘查"攻深探盲"的重要手段之一，借助于 机载平台，ATEM系统通过安装于飞机四周的多匝线圈向地下发射脉冲磁场（一次场），当地 下矿体存在电性差异时，在一次场激励下产生涡旋电流，并向上辐射携带矿体电性信息的 二次磁场，安装在吊舱内的感应式矢量磁传感器将检测到二次磁场并通过电缆传输至飞机 内的主控与多通道接收机，通过数据处理与反演可获得地下矿体的分布信息。航空瞬变电 磁勘探系统除了可搭载于固定翼飞机平台外，还可以搭载于有人或无人飞艇平台，无人机 飞行平台等。
[0003]ATEM系统可以对地下介质的电导率异常进行快速测量与识别，是探测电性异常矿 体尤其是金属矿的重要手段，具有低成本、速度快、通行性好的特点，可用于地表植被、沙漠 等覆盖区的靶区优选与资源快速评价，并可进行大面积的资源普查。大电流发射机是航空 瞬变电磁勘探系统（ATEM)的重要组成部分。其发射功率以及发射频率直接决定了ATEM系 统的探测深度及探测精度。ATEM系统的发射电流波形多为半正弦电流，其主要原因是，相比 方波，通过谐振的方式可以更容易实现几百安培甚至上千安培的大电流，从而实现大发射 磁矩以及大探测深度。
[0004] 现有的产生正弦电流波形的方法包括：
[0005] 1.脉冲波形调制，根据面积等效原理，通过控制脉冲的宽度以产生目标波形。
[0006] 2.数字频率合成，通过产生系列数字信号并经数模转换器转换为模拟信号。
[0007] 上述现有技术中存在如下技术缺陷：实现电路复杂，对大功率器件的要求高；难 以实现大电流输出，功耗高。
【发明内容】
[0008] 针对以上所述的技术缺陷，本发明的目的是提供一种全航空瞬变电磁发射机双极 性半正弦电流产生装置和方法，实现航空瞬变电磁发射机发射达几百安培甚至上千安培的 大电流，从而实现大发射磁矩以及大探测深度。
[0009] 为达到上述目的，本发明的第一方面提供全航空瞬变电磁系统双极性半正弦电流 产生装置，该装置包括：主控电路、驱动电路、过冲抑制电路、触发电路、H逆变桥、串联谐振 电路、电源，其中：
[0010] 主控电路，用于提供H桥逆变时序逻辑信号和过冲抑制时序逻辑信号；
[0011] 驱动电路位于主控电路、过冲抑制电路之间并连接，用于将过冲抑制时序逻辑信 号生成并为过冲抑制电路提供驱动控制信号；
[0012] 触发电路位于与主控电路、H逆变桥之间并连接，将H桥逆变时序逻辑信号生成触 发控制信号；
[0013] H逆变桥与电源连接，根据电源提供的恒压信号和触发控制信号，生成并输出双极 性方波信号；
[0014] 过冲抑制电路与串联谐振电路连接，用于为串联谐振电路中含有的电流波形尾部 振荡波形提供泄放能量通路，并消除电流波形尾部的振荡波形；
[0015]串联谐振电路与H逆变桥连接，利用双极性方波信号将消除电流波形尾部的振荡 波形生成符合重复频率要求的双极性半正弦电流波形。
[0016] 为达到上述目的，本发明的第二方面提供一种使用全航空瞬变电磁系统双极性半 正弦电流产生装置的全航空瞬变电磁系统双极性半正弦电流产生方法，该方法包括如下步 骤：
[0017] 步骤S1:利用主控电路提供H桥逆变时序逻辑信号和过冲抑制时序逻辑信号；
[0018] 步骤S2 :利用触发电路将H桥逆变时序逻辑信号生成触发控制信号；
[0019] 步骤S3:利用驱动电路将过冲抑制时序逻辑信号生成驱动控制信号；
[0020] 步骤S4:利用H逆变桥将电源提供的恒压信号和触发控制信号，生成并输出双极 性方波信号；
[0021] 步骤S5:将H逆变桥产生的双极性方波加至串联谐振电路两端，使串联谐振电路 产生有尾部震荡的双极性半正弦波；
[0022] 步骤S6 :利用过冲抑制电路，为串联谐振电路中含有的电流波形尾部振荡波形提 供泄放能量通路，并消除电流波形尾部的振荡波形；
[0023] 步骤S7:利用串联谐振电路的发射线圈中产生周期双极性半正弦电流脉冲信号。
[0024] 本发明的有益效果
[0025] 1.本方案通过串联谐振的方式，可以在低电压供电下更容易实现几百安培甚至上 千安培的大电流，从而实现大发射磁矩以及大探测深度。
[0026]2.本发明通过LC串联谐振方式产生半正弦波形，相比于常见的有脉冲波形调制、 数字频率合成方法，电路结构简单，容易实现，且重量轻、功耗低、可靠性高。
[0027] 3.本发明设计的过冲抑制电路，有效消除了电流的尾部振荡，提高了探测数据的 后期处理效果。
[0028] 4.相比传统的双极性方波电流，双极性半正弦波电流的产生基于串联谐振原理， 利用谐振电容的储能作用，更易于实现大电流稳态发射，且由于半正弦电流的平均功率小 于方波电流，功率开关损耗更小，提高了发射机的工作效率。
【附图说明】
[0029] 图1是本发明全航空瞬变电磁系统双极性半正弦电流产生装置的主电路拓扑结 构图。
[0030] 图2是本发明全航空瞬变电磁系统双极性半正弦电流产生装置的电路原理图。
[0031] 图3是本发明全航空瞬变电磁系统双极性半正弦电流产生方法流程图。
[0032] 图4是本发明H桥电路及过冲抑制电路的控制信号示意图。
[0033] 图5是本发明串联谐振双极性半正弦电流脉冲波形图。
【具体实施方式】
[0034] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。
[0035] 请参阅图1示出本发明全航空瞬变电磁系统双极性半正弦电流产生装置的结构 框图，该装置主要包括：主控电路1、驱动电路2、过冲抑制电路3、触发电路4、H逆变桥5、串 联谐振电路6、电源7,其中：
[0036] 主控电路1，用于提供H桥逆变时序逻辑信号和过冲抑制时序逻辑信号；
[0037] 驱动电路2位于主控电路1、过冲抑制电路4之间并连接，用于将过冲抑制时序逻 辑信号生成并为过冲抑制电路4提供驱动控制信号；
[0038] 触发电路3位于与主控电路1、H逆变桥5之间并连接，将H桥逆变时序逻辑信号 生成触发控制信号；
[0039] H逆变桥5与电源7连接，根据电源7提供的恒压信号和触发控制信号，生成并输 出双极性方波信号；
[0040] 过冲抑制电路4与串联谐振电路6连接，用于为串联谐振电路6中含有的电流波 形尾部振荡波形提供泄放能量通路，并消除电流波形尾部的振荡波形；
[0041]串联谐振电路6与H逆变桥5连接，利用双极性方波信号将消除电流波形尾部的 振荡波形生成符合重复频率要求的双极性半正弦电流波形。
[0042] 请参阅图2示出本发明全航空瞬变电磁系统双极性半正弦电流产生装置实施例， 其技术核心是串联谐振半正弦电流脉冲产生技术和串联谐振参数计算推导。
[0043] 其中，所述的主控电路1为发射机的控制核心，为H桥逆变和过冲抑制提供时序逻 辑，其功能是控制半正弦电流的脉冲重复频率，以及控制过冲抑制电路4的作用时间，实现 最佳的电流尾部振荡消除效果。所述的主控电路1，主要产生图4所示的H桥电路及过冲抑 制电路的控制信号。图中所示的第一路信号控制第一可控硅SCR1，第四可控硅SCR4的导通 时刻，第二路信号控制第二可控硅SCR2,第三可控硅SCR3的导通时刻。第三路信号控