[发明专利]感性负载的单极性梯形脉冲电流控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种感性负载的单极性梯形脉冲电流控制方法及装置，适用于瞬变电磁法探测的发送机在发送线圈中产生脉冲电流，应用于地球物理勘探、无损检测领域。

背景技术

瞬变电磁法是探测地下介质电性参数等信息的重要方法之一，在矿产勘探、地下水探测、工程监测和土壤盐碱化调查、无损检测等领域具有广阔的应用前景。瞬变电磁法通常是利用幅值恒定的脉冲电流在地下建立一次磁场，脉冲电流周期性关断，检测地质体产生的二次磁场，通过分析和处理二次场数据，确定地下地质结构。

目前，瞬变电磁法以发射双极性方波脉冲电流作为激励场源，现有技术也主要是利用方波脉冲电流的下降沿。采用双极性方波脉冲电流的原因在于，在正、负向电流关断后，在感应线圈会产生符号相反、大小相等的感应电压，两次信号相减，可增强信号，并可消除系统零点。实际上，脉冲电流的上升沿也是可以利用的，如果发射单极性梯形脉冲电流，上升和下降沿同样会在感应线圈产生符号相反、大小相等的感应电压。采用双极性方波脉冲电流，其利用效率降低了一半，同时，产生双极性方波脉冲电流需采用全桥结构，功率管数量较多，功耗大，控制较复杂。如果产生单极性梯形脉冲电流，主电路将不再需要全桥结构，功率管的数量将会减少，功耗大大降低，有利缩小仪器体积，使系统轻便化。

上升沿没有被利用的主要原因是：负载是感性负载，严重影响了发射电流的形状，脉冲电流并不是理想的双极性方波，脉冲电流上升沿(前沿)是按指数或分段线性上升，而脉冲电流的下降沿(后沿)为斜阶跃波形，前、后沿不对称。如专利授权号为ZL200410081518.9的“具有上升沿提升能力的电流脉冲下降沿线性可调的控制方法及装置”，能实现下降沿线性可调，但不能实现上升沿线性可调。又如专利授权号为ZL200810069272.1的“感性负载的宽频恒幅交流方波电流控制方法及装置”，能实现上升沿、下降沿线性，但上升沿和下降沿并不对称，产生的电流为双极性交流方波。

发明内容

本发明针对上述的不足，提供了一种感性负载的单极性梯形脉冲电流控制方法及装置，使发射电流前沿线性上升、前后沿对称，实现了单极性梯形脉冲电流。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

1、一种感性负载的单极性梯形脉冲电流控制方法，该方法按以下顺序步骤进行：

(1).合上开关S，通过调节时序控制3，调节输出负载电流i_o(t)的频率，负载电流的周期须大于电子开关的开通、关断时间之和；

(2).恒流源控制电路6和恒流电感2构成一个恒流源，通过调节恒流源控制电路6中恒流源基准电压电路，设定恒流源电流幅值；

(3).调节负载电流控制电路1中负载电流基准电压电路，设定负载电流幅值；

(4).时序控制3的输出端、恒流源控制电路6的输出端和负载电流控制电路1的输出端，分别连接到驱动信号合成电路7的输入端，驱动信号合成电路7按驱动信号合成电路真值表1-1完成逻辑运算后，分别输出信号Y₁、Y₂到驱动电路8的两个输入端，驱动电路8的两个输出端分别连接到第一开关管J₁和第二开关管J₂的控制端；从而控制开关管的导通和关断，按设定频率输出脉冲电流，并使恒流源输出的电流以及负载电流都稳定在设定值；

驱动信号合成电路真值表1-1

表中：

1-表示高电平；                0-表示低电平；

K₀-开关使能时序信号；         K₁-负载电流周期信号；

K₂-恒流源控制电路输出信号；   K₃-负载电流控制电路输出信号；

Y₁-驱动信号合成电路输出端信号；

Y₂-驱动信号合成电路另一输出端输出信号；

(5).设定上升钳位器件9的恒压钳位电压V₁，从而改变发射电流上升沿的斜率，V₁远大于V_S，使上升沿线性上升，V₁须小于所有开关管、所有二极管的最小额定耐压；

(6).按公式③设定下降钳位器件10的恒压钳位电压V₂，从而改变发射电流下降沿的斜率，使下降沿线性下降；

存t₀时刻：恒流电感2中的电流达到设定值；