一种脉冲频率调制控制的航空瞬变电磁窄脉冲发射电路制造技术

本实用新型专利技术提供一种脉冲频率调制控制的航空瞬变电磁窄脉冲发射电路，全桥逆变电路由IGBT开关管G2、IGBT开关管G3、IGBT开关管G4、IGBT开关管G5组成,发射线圈是由电感LTX、内阻RTX组成，IGBT开关管G2、IGBT开关管G3、IGBT开关管G4、IGBT开关管G5与电感LTX、内阻RTX连接构成的H全桥逆变电路，谐振电容器C3与H全桥逆变电路并联构成谐振式脉冲发射主回路；在IGBT驱动信号S2、S3、S4、S5的控制下，能量在谐振电容器C3和电感LTX中交替转移形成双极性电流脉冲，脉冲上升沿和下降沿约为电感LTX和谐振电容器C3振荡正弦波的1/4周期，近似半正弦波，它有利于提高关断速度，进而提高航空瞬变电磁系统的浅层分辨能力。

An airborne transient electromagnetic narrow pulse circuit controlled by pulse frequency modulation

The utility model provides an aviation transient electromagnetic narrow pulse transmitting circuit controlled by pulse frequency modulation. The full bridge inverter routes IGBT switch G2, IGBT switch G3, IGBT switch G4 and IGBT switch G5. The transmitting coil is composed of inductance LTX and internal resistance RTX, IGBT switch G2, IGBT switch G3, IGBT switch G4 and IGBT switch G5. H full bridge inverter circuit is composed of switch G5 connected with inductance LTX and internal resistance RTX, and resonant capacitor C3 and H full bridge inverter circuit are connected in parallel to form resonant pulse transmitting main circuit; under the control of IGBT driving signals S2, S3, S4, S5, energy is transferred alternately in resonant capacitor C3 and inductance LTX to form bipolar current pulse, which is on the pulse. The rising and falling edges are about 1/4 period of sinusoidal oscillation of inductive LTX and resonant capacitor C3, approximating half sinusoidal oscillation. It is advantageous to improve the turn-off speed and the shallow resolution of Aeronautical transient electromagnetic system.

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲频率调制控制的航空瞬变电磁窄脉冲发射电路
本技术涉及电磁勘探
，尤其涉及一种脉冲频率调制控制的航空瞬变电磁窄脉冲发射电路。
技术介绍
航空瞬变电磁测量系统通常用一套发射子系统来激发一次电磁场，在地下感应产生的涡旋电流形成二次场，用接收子系统来获取二次场信号，利用二次场与大地导电率存在的函数关系，通过数据处理和解释技术来研究地下电性分布情况。航空瞬变电磁测量系统的信噪比是表征其探测深度的一个重要指标，而采用大磁矩发射是提高系统信噪比的关键手段之一。航空瞬变电磁系统通过增加发射线圈面积和发射电磁脉冲的峰值电流来提高发射峰值磁矩，一般采用多匝围绕飞机布设的线圈来增加面积，通过降低发射线圈直流电阻来提高峰值电流。但由于大电感量、小电阻发射线圈造成时间常数(L/R)增大，导致上升沿和下降沿过渡时间长，很难得到理想的窄脉冲电流波形。国内外早期普遍采用半正弦波谐振发射技术来解决低阻、大电感发射线圈带来的上述问题。通过发射线圈串接谐振电容的方式，脉冲宽度为与内阻R无关，通过减小谐振电容容量，可以实现半正弦波窄脉冲电流发射波形。但该电路要求飞机供电电源的瞬时电流输出能力要和发射峰值电流匹配。为了满足该条件，发射机电源通常需要配置庞大笨重的电池组或电容器组来提供瞬时功率输出能力。专利号201720328910.1一种航空瞬变电磁法组合波脉冲电流发射电路，可以激发脉冲宽度可调的组合波电流，近似梯形波。通过超级电容储能器为发射桥路提供足够的瞬时功率和平均功率输出，克服了飞机电源瞬时功率输出不足的问题。但该发射电路结构较复杂，仍需使用体积重量庞大的超级电容器来实现大电流发射。
技术实现思路
为了解决以上问题，本技术提供一种脉冲频率调制控制的航空瞬变电磁窄脉冲发射电路，它的发射脉冲由两个1/4正弦波组成，上升沿和下降沿的时长和陡度可以独立调节，有利于提高关断速度，进而提高航空瞬变电磁系统的浅层分辨能力。本技术的技术方案是：提供一种脉冲频率调制控制的航空瞬变电磁窄脉冲发射电路，它是由隔离升压电源U2、电源滤波器、高压充电器、谐振电容器C3、全桥逆变电路、发射线圈组成，全桥逆变电路由IGBT开关管G2、IGBT开关管G3、IGBT开关管G4、IGBT开关管G5组成,发射线圈是由电感LTX、内阻RTX组成，IGBT开关管G2、IGBT开关管G3、IGBT开关管G4、IGBT开关管G5与电感LTX、内阻RTX连接构成的H全桥逆变电路，谐振电容器C3与H全桥逆变电路并联构成谐振式脉冲发射主回路；在IGBT驱动信号S2、S3、S4、S5的控制下，能量在谐振电容器C3和电感LTX中交替转移形成双极性电流脉冲，脉冲上升沿和下降沿约为电感LTX和谐振电容器C3振荡正弦波的1/4周期，近似半正弦波；电源滤波器由电感L1、电容C1组成,通过在隔离升压电源U2和电感L1、电容C1组成的电源滤波器给高压充电器供电；高压充电器由电感L2、IGBT开关管G1、二极管D1、高压电容C2组成,由电感L2、IGBT开关管G1、二极管D1组成高压充电器给高压电容C2充电，充电能量等于H全桥逆变电路的能量损耗；脉冲的基频和极性由S2、S3、S4、S5驱动信号控制。优选的，高压电容C2通过二极管D2并联在谐振电容器C3上，用高压电容C2的能量补充H全桥逆变电路在能量转换过程中的损耗，以保持发射电流脉冲峰值稳定性。优选的，通过设置驱动信号S1的频率及脉宽，即通过频率调制或脉宽调制来控制高压电容C2的储能，进而控制发射电流波形的大小。优选的，发射电流脉冲的上升沿和下降沿可分别设定，下降沿时长为可以通过减小高压电容C2的容量来提高关断速度；发射电流脉冲的上升沿时长由驱动信号S2、S5或S3、S4的脉冲宽度控制，导通宽度应略小于保持高压电容C2和谐振电容器C3的放电剩余电压大于隔离隔离升压电源U2的输出电压，可稳定电感L2的电流纹波幅值。优选的，提高驱动信号S1的频率或降低脉宽，配合一个小型的电源滤波器就可以实现对电流纹波的有效缓冲，可有效降低系统重量。优选的，可将多组由隔离升压电源U2、电源滤波器和高压充电器组成的电源模块级联来大幅度提高发射电流，方便实现发射机的模块化设计。与现有技术相比，本技术的有益效果是：与传统的串联谐振式半正弦波发射电路相比，其发射脉冲由两个1/4正弦波组成，上升沿和下降沿的时长和陡度可以独立调节，有利于提高关断速度，进而提高航空瞬变电磁系统的浅层分辨能力；与组合波脉冲电流发射电路相比，结构简单、效率高，可以产生非常窄的电流脉冲，同等供电功率条件下，可以激发更大的峰值磁矩，有利于提高航空瞬变电磁系统的探测深度；对电源瞬时功率的要求小，不需要在电源上并联很多的电容器，可大幅度降低系统体积和重量；与传统半正弦波及组合波发射电路不同，可通过脉冲频率调制或脉宽调制方式来精确控制发射电流峰值的大小，从而实现数字化控制。附图说明下面根据图进一步对本技术加以说明:图1是本技术的结构框图；图2是本技术脉冲频率调制控制的航空瞬变电磁窄脉冲发射电路原理图；图3是本技术供电电源级联的发射电路原理图；图4是本技术单脉冲对应的发射线圈电流波形及高压电容C2、谐振电容器C3的端电压波形；图5是本技术整周期电流电压波形图；图6是本技术充电器电流波形和隔离电源多周期输出电流波形图；图7是本技术时间轴拉宽的充电器电流波形和隔离电源输出电流波形图；图8是本技术发射电流波形和各IGBT开关管驱动信号波形图；具体实施方式下面结合图对本技术作进一步详细的说明，需要说明的是，图仅用于解释本技术，是对本技术实施例的示意性说明，而不能理解为对本技术的限定。如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，一种脉冲频率调制控制的航空瞬变电磁窄脉冲发射电路，它是由隔离升压电源U2、电源滤波器、高压充电器、谐振电容器C3、全桥逆变电路、发射线圈组成，全桥逆变电路由IGBT开关管G2、IGBT开关管G3、IGBT开关管G4、IGBT开关管G5组成,发射线圈是由电感LTX、内阻RTX组成，IGBT开关管G2、IGBT开关管G3、IGBT开关管G4、IGBT开关管G5与电感LTX、内阻RTX连接构成的H全桥逆变电路，谐振电容器C3与H全桥逆变电路并联构成谐振式脉冲发射主回路；在IGBT驱动信号S2、S3、S4、S5的控制下，能量在谐振电容器C3和电感LTX中交替转移形成双极性电流脉冲，脉冲上升沿和下降沿约为电感LTX和谐振电容器C3振荡正弦波的1/4周期，近似半正弦波；电源滤波器由电感L1、电容C1组成,通过在隔离升压电源U21和电感L1、电容C1组成的电源滤波器给高压充电器供电；高压充电器由电感L2、IGBT开关管G1、二极管D1、高压电容C2组成,由电感L2、IGBT开关管G1、二极管D1组成高压充电器给高压电容C2充电，充电能量等于H全桥逆变电路的能量损耗；脉冲的基频和极性由S2、S3、S4、S5驱动信号控制。优选的，高压电容C2通过二极管D2并联在谐振电容器C3上，用高压电容C2的能量补充H全桥逆变电路在能量转换过程中的损耗，以保持发射电流脉冲峰值稳定性。优选的，通过设置驱动信号S1的频率及脉宽，即通过频率调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脉冲频率调制控制的航空瞬变电磁窄脉冲发射电路，它是由隔离升压电源U2、电源滤波器、高压充电器、谐振电容器C3、全桥逆变电路、发射线圈组成，全桥逆变电路由IGBT开关管G2、IGBT开关管G3、IGBT开关管G4、IGBT开关管G5组成,发射线圈是由电感LTX、内阻RTX组成，IGBT开关管G2、IGBT开关管G3、IGBT开关管G4、IGBT开关管G5与电感LTX、内阻RTX连接构成的H全桥逆变电路，谐振电容器C3与H全桥逆变电路并联构成谐振式脉冲发射主回路；在IGBT驱动信号S2、S3、S4、S5的控制下，能量在谐振电容器C3和电感LTX中交替转移形成双极性电流脉冲，脉冲上升沿和下降沿约为电感LTX和谐振电容器C3振荡正弦波的1/4周期，近似半正弦波；电源滤波器由电感L1、电容C1组成,通过在隔离升压电源U2和电感L1、电容C1组成的电源滤波器给高压充电器供电；高压充电器由电感L2、IGBT开关管G1、二极管D1、高压电容C2组成,由电感L2、IGBT开关管G1、二极管D1组成高压充电器给高压电容C2充电，充电能量等于H全桥逆变电路的能量损耗；脉冲的基频和极性由S2、S3、S4、S5驱动信号控制。...

【技术特征摘要】
1.一种脉冲频率调制控制的航空瞬变电磁窄脉冲发射电路，它是由隔离升压电源U2、电源滤波器、高压充电器、谐振电容器C3、全桥逆变电路、发射线圈组成，全桥逆变电路由IGBT开关管G2、IGBT开关管G3、IGBT开关管G4、IGBT开关管G5组成,发射线圈是由电感LTX、内阻RTX组成，IGBT开关管G2、IGBT开关管G3、IGBT开关管G4、IGBT开关管G5与电感LTX、内阻RTX连接构成的H全桥逆变电路，谐振电容器C3与H全桥逆变电路并联构成谐振式脉冲发射主回路；在IGBT驱动信号S2、S3、S4、S5的控制下，能量在谐振电容器C3和电感LTX中交替转移形成双极性电流脉冲，脉冲上升沿和下降沿约为电感LTX和谐振电容器C3振荡正弦波的1/4周期，近似半正弦波；电源滤波器由电感L1、电容C1组成,通过在隔离升压电源U2和电感L1、电容C1组成的电源滤波器给高压充电器供电；高压充电器由电感L2、IGBT开关管G1、二极管D1、高压电容C2组成,由电感L2、IGBT开关管G1、二极管D1组成高压充电器给高压电容C2充电，充电能量等于H全桥逆变电路的能量损耗；脉冲的基频和极性由S2、S3、S4、S5驱动信号控制。2.根据权利要求1所述一种脉冲频率调制控制的航空瞬变电磁窄脉冲发射电路，其特征在于：高压...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军峰，刘磊，吴珊，刘俊杰，贲放，
申请(专利权)人：中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，
类型：新型
国别省市：河北,13