时间域航空电磁法发射机关键技术与实验

【类型】学位论文

【作者】齐林 

【关键词】 航空电磁法 梯形波 分段控制 无功补偿 无损吸收 消除过冲

【摘要】当前，我国经济正以前所未有的速度迅速发展，人们对矿产资源的需求量也不断增加。山地、森林、沙漠、沼泽、湖泊等高覆盖地区蕴含着丰富的矿产资源，然而地面地质探测仪器无法进行大面积勘测，成为当前地质找矿工作的难点之一。因此，航空电磁法成为现在的研究方向。航空电磁法(Airborne Electromagnetic Method，简称AEM)是以飞行器为运载工具，以电磁场为载体，勘测地质结构和矿产资源的地球物理探测方法。本文主要研究时间域航空电磁法发射机的设计与实现，并通过航空模拟实验和直升机飞行探测实验验证其性能。在对国内外航空电磁法系统的研究基础上，本文提出了以双极性梯形波为输出波形、最大电流300A、最大输出磁矩250000Am2、下降沿时间小于2.5ms的主要技术指标。对梯形波不同阶段的电气参数进行计算，采用以不同电压分段控制来实现梯形波输出的设计思路，并利用高低频率结合的PWM技术加以实现。通过仿真确定了方案的可行性。发射机主要分为控制驱动模块和逆变模块。控制驱动模块分为控制系统、信号处理电路和驱动电路。控制系统是以50Hz等多个频率的方波作为同步信号输入，以MSP430单片机为主控芯片，产生可调的桥路控制信号，利用按键设置频率和占空比参数，并由液晶显示；信号处理电路则实现发射机欠压、过流等故障保护、脉冲分配和死区时间设置等功能；驱动电路采用双推挽式拓扑来提高输出功率，保证多个并联IGBT的可靠导通与关断。软件编写采用C语言，并利用单片机中的PWM模块输出控制时序。逆变模块采用了多管IGBT并联的技术，提高通流能力；利用吸收保护电路，去除电压尖峰，控制器件发热量，提高系统的可靠性；过冲消除电路提高了发射电流波形的质量，提升了接收效果；通过EMC设计、散热设计提高发射机的可靠性。由于受输入电源的功率限制，发射机应用了降低功耗的技术：无功补偿技术是利用大容量电容与负载电感无功交换的方式，得到更大的瞬时输出功率；无损吸收电路则将开关损耗回馈到负载中，提高能量利用率。发射机研制成功后，对驱动信号、发射电流波形、功耗和消除过冲效果进行了测试，达到了设计要求。在长春大鹅岛进行了基于吊车摆动的航空模拟实验，与接收系统联机工作，检测地面异常环，实验结果与仿真结果一致。在河南省南阳市桐柏县，进行了直升机飞行探测实验，实验结果与已有的地质资料记载吻合较好，进一步验证了仪器的良好性能。通过对以上实验结果的分析，提出了几点建议。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】吉林大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】于生宝

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