[发明专利]一种瞬变电磁发射机无源恒压钳位快速关断电路

说明书

本发明提供了一种瞬变电磁发射机无源恒压钳位快速关断电路，包括主发射桥电路、钳位电路、可变阻尼匹配吸收电路和钳位电压可调电路。其中主发射桥电路由电子开关构成H桥，电子开关在外部驱动电路控制下为发射线圈提供一定频率的交流脉冲；钳位电路由TVS管串联在发射线圈两端，为线圈提供无源钳位电压；可变阻尼匹配吸收电路由可变电阻与TVS并联构成，用以吸收线圈反向放电的电能；钳位电压可调电路由不同钳位电压的TVS并联组成，通过开关选择不同钳位电压，用于配合可变电阻进行关断时间的调节。快速关断电路实现了发射电流的快速关断，并有效的抑制了电流过冲与震荡，提高了发射机的工作性能。

技术领域

本发明涉及地球物理地磁探测或地质勘探领域，更具体的，涉及一种瞬变电磁发射机无源恒压钳位快速关断电路。

背景技术

瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Method，TEM)是目前一种常用的电磁探测方法，它将交变的脉冲电流注入发射线圈，产生一次场信号，然后利用接收线圈接收地质体感应的二次磁场信号，最后通过处理与分析二次场信号就可以得到地下地质体的基本信息。瞬变电磁法现已广泛应用在矿产资源勘查及工程探测领域。

瞬变电磁法要求注入到发射线圈的双极性脉冲电流可以瞬间关断且无过冲和震荡，但是由于发射线圈具有寄生电感，使线圈具有大电感储能特性，其电流的物理关断不能将线圈内电流立刻减为零，而是呈指数衰减的，即发射电流总是需要一定时间才能关断(关断时间)，关断之后总是伴随着一定的过冲和震荡，严重影响了早期信号的提取，极大的限制了瞬变电磁法的浅层探测能力。研究快速关断且无过冲的双极性脉冲电流源是目前瞬变电磁发射机技术一个重要的内容。国内研制的瞬变电磁发射机在性能上与国外的进口仪器相比还是有很大差距的。

中国专利CN104682763A公开了一种馈能恒压钳位高速关断方法和装置，该方法需要引入恒压源电路，该恒压源将影响整个发射电路的钳位电压的确定，因此该方法结构复杂不利于野外探测，具有一定的局限性，且该电路需要接入阻断二极管，影响整个电路的工作效率。

中国专利CN105743385A公开了一种瞬变电磁发射机电流波形整形电路，该电路通过在H桥模块一端并入稳压二极管的方式形成，该电路波形整形有一定效果但对关断时间的缩减和电流末期过冲震荡问题不能达到最佳性能，且该电路需要接入阻断二极管，影响整个电路的工作效率。

针对目前的瞬变电磁法中发射电流关断时间过长和过冲震荡问题，相关处理方法有基于有源恒压钳位的快速关断电路和基于加速电阻的抑制过冲震荡电路。这两种电路只是单方面从一个角度来提升电流的波形质量。也有提出基于谐振思想的快速关断电路，能够在一定程度上减小关断时间，并且抑制过冲和震荡，但该电路器件参数要求比较严格，由于实际工程应用发射电流以及线圈参数不定，导致该电路无法发挥最优性能，所以实用价值不高。

上述的基于有源恒压钳位的快速关断电路，本质是在发射电流下降沿期间将负载电感钳位到新的高压电压源上，利用高压钳位思想实现发射电流的快速关断，但是会伴随比较强烈的过冲和震荡，且该电路必须在回路串入阻断二极管，在大电流时，电路损耗很大，效率低。而基于加速电阻的抑制过冲震荡电路本质上是在发射电流下降到接近零时，利用开关管和加速电阻接入电路，增加震荡的阻尼，从而抑制过冲和震荡。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种瞬变电磁发射机无源恒压钳位快速关断电路，主要针对瞬变电磁发射机的电流发射电路，意在解决发射机发射电流的快速关断和避免关断时的电流过冲与震荡。