一种电性源感应-极化效应的快慢关断靶向激励方法技术

本发明专利技术涉及一种电性源感应

【技术实现步骤摘要】
一种电性源感应
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极化效应的快慢关断靶向激励方法


[0001]本专利技术涉及时间域电磁勘探领域，具体地来讲为一种电性源感应
‑
极化效应的快慢关断靶向激励方法。

技术介绍

[0002]在时间域电磁勘探领域中，电性源方式能够提供更大的发射电矩和探测深度，因此被广泛应用。基于电性源的时间域电磁法，通过大功率电性源发射系统向大地提供双极性梯形波发射电流，产生一次磁场激励，采集的二次磁场(及其变化率)数据中包含感应响应和极化响应，可以对电阻率和极化率联合提取。电流关断后早期的感应场快速衰减，感应场和极化场共存，二次磁场数据为正值；中晚期感应场迅速衰减，主要为极化场，二次磁场数据为负值。因此，感应
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极化响应曲线存在符号反转现象，通常用符号反转时刻和最大负响应幅值表示极化特征。其中，符号反转时刻越早，最大负响应幅值越大，极化特征越明显。
[0003]发射电流的关断时间影响感应场和极化场的大小。关断时间越短，感应场越强，极化场的充电时间越短，极化场越弱；关断时间延长，感应场减弱，极化场的充电时间增加，极化场增强；但关断时间过长，激励的一次磁场能量过小，感应场和极化场都难以被观测。感应场和极化场的大小分别影响对电阻率和极化率的提取结果，而对两者的联合提取有利于实现对深部矿产的勘探和准确识别。由于极化场的量级远小于感应场的量级，因此需要选择合适的关断时间使极化特征尽量明显。目标体的极化效应不同，对关断时间大小的要求也不同。由于二次磁场的大小与发射电流幅值成正比，因此针对感应
‑
极化效应，研究电性源方式下大电流的快慢关断控制实现感应
‑
极化效应的靶向激励是必要的。
[0004]CN108227011A公布了一种可控下降沿的双梯形波发射系统和控制方法，分别通过高压瞬态抑制二极管和低压瞬态抑制二极管将发射线圈两端电压钳位在高电平或低电平上，使发射电流快关断或慢关断。但该方法由于瞬态抑制二极管的额定电压有限，无法应用于大功率大电流的电性源发射系统的慢关断控制中，且没有建立关断时间和被观测目标体之间关系。
[0005]CN112698410A公布了一种电性源双相导电介质感应
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极化共生时域电磁探测方法，表征了双相导电介质的非线性特征，构建感应
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极化共生效应的电导率模型，实现单磁场测量双相导电介质感应
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极化共生效应的高精度探测。但该方法主要内容为实现双时间分数阶电导率模型的电磁数值模拟和对实测数据处理和成像，没有建立关断时间和被观测目标体的感应
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极化效应之间关系，采用的双下降沿方法也无法移植于大功率大电流的发射系统控制中。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种电性源感应
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极化效应的快慢关断靶向激励方法，解决单一发射电流波形无法有效激励感应
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极化效应的问题，提出最短关断时间和最优关断时间，基于电性源发射系统的快慢关断控制分别实现对感应场和极化场的靶向
激励，令采集到的二次磁场响应数据中的感应响应和极化特征更为明显，提高对地下目标体的分辨率和解释精度。
[0007]本专利技术是这样实现的，
[0008]一种电性源感应
‑
极化效应的快慢关断靶向激励方法，该方法包括，在一个发射周期内，控制大功率电性源发射系统输出两个关断时间的双梯形波大功率发射电流，经接地导线提供给大地，实现对感应
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极化共生效应的靶向激励；两个关断时间包括快关断方式的最短关断时间和慢关断方式的最优关断时间；
[0009]对快关断和慢关断的电磁响应数据联合反演，提取地下目标体的电阻率和极化率信息。
[0010]进一步地，所述快关断方式采用有源钳位方式，所述最短关断时间根据下式计算：
[0011][0012]其中，L
R
和R分别为电性源发射系统负载的电感值和电阻值，t1为最短关断时间。
[0013]进一步地，所述慢关断方式采用直流斩波方式，所述最优关断时间是根据不同关断时间的感应
‑
极化电磁响应的计算结果，在所有响应曲线中的极化特征中寻找的最大负响应幅值衰减10％时符号反转时刻最早对应的关断时间，所述极化特征包括：符号反转时刻和最大负响应幅值。
[0014]进一步地，所述最优关断时间的具体计算步骤如下：
[0015]1)设大功率电性源发射系统的接地导线为有限长直导线，地下目标体等效为极化环涡流回路，根据两者的相对位置和尺寸计算接地导线和目标体的等效涡流回路之间的互感系数M；
[0016]2)建立不同关断时间t
off
的斜阶跃发射电流随时间t的时域表达式I(t)，如下：
[0017][0018]其中，I
m
为最大电流幅值，t
on
为发射电流稳定导通的时间，约等于四分之一周期；u(t)、u(t
‑
t
on
)和u(t
‑
t
on
‑
t
off
)分别为起始时刻是0、t
on
和(t
on
+t
off
)的单位阶跃信号。3)计算目标体的等效涡流回路中发射电流产生的一次感应电动势emf1，
[0019][0020]4)根据目标体的极化参数计算等效涡流回路中的瞬变电磁响应，分析响应曲线的极化特征，得到最优关断时间t
o
，所述极化参数未电阻率ρ、极化率η、和时间常数τ；
[0021]其中，极化特征包括符号反转时刻和最大负响应幅值，当关断时间等于最优关断时间时极化特征最明显，即符号反转时刻最早且对应的最大负响应幅值大于零关断时间下最大负响应幅值的90％；
[0022]预设的关断时间的范围为100微秒至10毫秒，在该范围内预设的关断时间等于最优关断时间。
[0023]进一步地，所述在一个发射周期内大功率电性源发射系统输出两个关断时间的双梯形波大功率发射电流是指，前二分之一周期发射系统提供快关断的双极性发射电流，后二分之一周期发射系统提供快关断的双极性发射电流，前后两个二分之一周期的发射电流
波形只有关断期间的关断时间不同，其他完全相同；将每个二分之一周期4等分，每个等分时间区间分别对应发射桥路的正向导通、关断、反向导通和关断，在两个关断期间进行电磁响应数据的采集。
[0024]进一步地，所述关断期间的关断时间不同使电流衰减斜率不同。
[0025]进一步地，所述大功率电性源发射系统包括直流电源、发射桥路、阻抗匹配单元和控制器；
[0026]所述直流电源提供稳定的直流电压，输出为发射桥路或阻抗匹配单元，阻抗匹配单元与发射桥路并联；
[0027]所述发射桥路由开关器件Q1、开关器件Q2，开关器件Q3和开关器件Q4构成的桥路，当开关器件Q1和开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电性源感应
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极化效应的快慢关断靶向激励方法，其特征在于，该方法包括，在一个发射周期内，控制大功率电性源发射系统输出两个关断时间的双梯形波大功率发射电流，经接地导线提供给大地，实现对感应
‑
极化共生效应的靶向激励；两个关断时间包括快关断方式的最短关断时间和慢关断方式的最优关断时间；对快关断和慢关断的电磁响应数据联合反演，提取地下目标体的电阻率和极化率信息。2.按照权利要求1所述的电性源感应
‑
极化效应的快慢关断靶向激励方法，其特征在于，所述快关断方式采用有源钳位方式，所述最短关断时间根据下式计算：其中，L
R
和R分别为电性源发射系统负载的电感值和电阻值，t1为最短关断时间。3.按照权利要求1所述的电性源感应
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极化效应的快慢关断靶向激励方法，其特征在于，所述慢关断方式采用直流斩波方式，所述最优关断时间是根据不同关断时间的感应
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极化电磁响应的计算结果，在所有响应曲线中的极化特征中寻找的最大负响应幅值衰减10％时符号反转时刻最早对应的关断时间，所述极化特征包括：符号反转时刻和最大负响应幅值。4.按照权利要求3所述的电性源感应
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极化效应的快慢关断靶向激励方法，其特征在于，所述最优关断时间的具体计算步骤如下：1)设大功率电性源发射系统的接地导线为有限长直导线，地下目标体等效为极化环涡流回路，根据两者的相对位置和尺寸计算接地导线和目标体的等效涡流回路之间的互感系数M；2)建立不同关断时间t
off
的斜阶跃发射电流随时间t的时域表达式I(t)，如下：其中，I
m
为最大电流幅值，t
on
为发射电流稳定导通的时间，等于四分之一周期；u(t)、u(t
‑
t
on
)和u(t
‑
t
on
‑
t
off
)分别为起始时刻是0、t
on
和(t
on
+t
off
)的单位阶跃信号；3)计算目标体的等效涡流回路中发射电流产生的一次感应电动势emf1，4)根据目标体的极化参数计算等效涡流回路中的瞬变电磁响应，分析响应曲线的极化特征，得到最优关断时间t
o
，所述极化参数未电阻率ρ、极化率η、和时间常数τ；其中，极化特征包括符号反转时刻和最大负响应幅值，当关断时间等于最优关断时间时极化特征最明显，即符号反转时刻最早且对应的最大负响应幅值大于零关断时间下最大负响应幅值的90％；预设的关断时间的范围为100微秒至10毫秒，在该范围内预设的关断时间等于最优关断时间。5.按照权利要求1所述的电性源感...

【专利技术属性】
技术研发人员：嵇艳鞠，邱仕林，王维一，吴琼，高全明，林君，赵静，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：