[发明专利]海洋可控源电磁探测系统发射机及其控制方法

说明书

本公开提供一种海洋可控源电磁探测系统发射机及其控制方法，包括：低压直流电源；上升沿钳位电源，用于产生上升沿钳位电压；自动切换电路，与所述低压直流电源和上升沿钳位电源相连，用于在低压直流电源与上升沿钳位电源之间做切换；IGBT全桥逆变电路，产生双极性电流脉冲；控制器，与所述IGBT全桥逆变电路相连，用于产生逻辑控制信号；下降沿钳位电源，与所述IGBT全桥逆变电路相连，在IGBT全桥逆变电路中的功率开关关断瞬间，对电流脉冲下降沿高压钳位；以及发射负载，与所述下降沿钳位电源相连，用于发出低频电磁场；所述发生机对电流脉冲波形的上升沿和下降沿均进行恒定高压钳位整形。

技术领域

本公开涉及海洋电磁法探测、大功率发射机技术领域，尤其涉及一种海洋可控源电磁探测系统发射机及其控制方法。

背景技术

海洋可控源电磁法(Marine controlled source electromagnetic method，简写为MCSEM)是20世纪80年代提出的一种用来探测海底高阻值油气资源的电磁法，广泛用于海洋地球物理探测。其工作原理为拖曳发射源偶极子在海底表面激励低频电磁场信号，信号在海底与海水中传播，并激励出与介质电导率密切相关的二次场，通过对二次场幅值、相位等信息的研究，从而推测出海底地层信息。近年来，在海洋地质探测以及油气、可燃冰等资源探测领域，海洋可控源电磁法已成为中流砥柱，同时也推动着其应用领域进一步拓展。大电流脉冲发射源是海洋可控源电磁探测系统的核心部分，其发射电流峰值要求高达几百到几千安培，电流幅度极高，对电流脉冲产生电路及其方法要求异常苛刻。海洋可控源电流脉冲发射机负载一般为接触海水的长导线电偶极源，可等效为电阻和电感串联的发射负载。由于电感具有阻碍电流变化的特性，导致发射机输出电流上升沿无法迅速提升至千安培量级，只能以指数规律缓慢上升；并且，发射电流下降沿同样以指数规律缓慢下降为零，且线性度差。由于电路中寄生参数的存在，当下降沿电流下降为零后还会发生振荡。因此，基于海洋可控源电磁发射系统负载特性，如果不对电流脉冲进行整形，就不能满足海洋可控源电磁探测系统对电流快速、线性关断的应用要求。

常用且有效的电流关断整形方法为恒压钳位技术，该技术通过恒定高压对电流脉冲的下降沿进行钳位，从而提升电流的衰减速度。但是，传统的恒压钳位为恒压单钳位技术，只对电流下降沿进行钳位，实现下降沿电流快速、线性关断，而不对电流上升沿进行钳位，因此，电流上升沿仍会呈指数规律缓慢上升。

可控源海洋电磁发射系统不仅要求电流幅值大，同时要求脉冲重复频率高。针对发射系统的需求，电流脉冲下降沿必须快速、线性衰减，同时要求电流上升沿快速、线性提升，在较短时间内达到千安培量级的峰值。否则，在脉冲波形占空比有限的条件下，电流上升沿按照指数规律上升速度缓慢，占用时间长，电流脉冲在有限的时间内无法达到电流峰值，更无法实现高重频脉冲发射，导致发射电流发生畸变，得到的电流数据存在明显误差。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种海洋可控源电磁探测系统发射机及其控制方法，以缓解现有技术中海洋电磁发射系统的脉冲波形占空比有限的条件下，电流上升沿按照指数规律上升速度缓慢，占用时间长，电流脉冲在有限的时间内无法达到电流峰值，更无法实现高重频脉冲发射，导致发射电流发生畸变，得到的电流数据存在明显误差等技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种海洋可控源电磁探测系统发射机，包括：

低压直流电源；

上升沿钳位电源，用于产生上升沿钳位电压；

自动切换电路，与所述低压直流电源和上升沿钳位电源相连，用于在低压直流电源与上升沿钳位电源之间做切换；

IGBT全桥逆变电路，产生双极性电流脉冲；

控制器，与所述IGBT全桥逆变电路相连，用于产生逻辑控制信号；