瞬变电磁地质矿产探测仪发射系统设计

马晨，肖军

(西安航空学院电子工程学院，陕西西安710077)

瞬变电磁地质矿产探测仪发射系统设计

马晨，肖军

(西安航空学院电子工程学院，陕西西安710077)

瞬变电磁地质矿产探测仪发射系统能够为地质矿产勘探工作提供良好的勘探基础，为工程项目建设与施工工作提供准确、真实、可靠的数据支持。对瞬变电磁地质探测仪发射系统设计构造进行全面分析，能够有效发挥该系统的优良效果。主要从瞬变电磁地质矿产探测仪的应用优势入手，针对瞬变电磁地质探测仪发射系统的总体设计要求和各个部分的构成、原理进行分析，展现了瞬变电磁地质探测仪发射系统的整体结构，并在此基础上针对瞬变电磁地质矿产探测仪发射系统设计作出分析。

瞬变;地质矿产;探测仪;发射;系统设计

0 前言

当前工程建设项目数量不断增加，项目在建设施工前都需要做好相应的地质勘探工作。地质勘探主要是使用多种方式和手段，针对需要进行探测的区域进行全面有效的分析和勘察，主要包括了地形地貌、矿体、地层构造以及地下水源等方面。在开展地质矿产勘探工作的过程中，需要使用不同的探测仪器和不同的勘探方式，才能全面判断出地下的总体地质构造和矿产分布情况。瞬变电磁法，是当前地质勘探中常用的一种探测方式，能够为当前工程项目的建设提供良好的数据支持。瞬变电磁地质探测仪，能针对地质情况进行全面探测，发射系统是其中的一个重要组成部分，需要对其设计工作进行全面细致的分析和研究。做好瞬变电磁地质探测仪发射系统的设计研究工作，能够为有效发挥该项仪器的作用和优势提供良好的前提条件，为地质矿产勘探工作的顺利进行奠定重要基础。

1 探测仪的应用优势

瞬变电磁地质探测仪在当前的地质矿产勘探工作中能够发挥良好的优势和作用，主要表现在以下几个方面:a通过使用瞬变电磁地质探测仪进行地质勘察，能够对低阻探测物进行及时有效的反应，并且具有较高的施工效率，操作也较为简便;b很多工程项目需要在一些地形较为复杂的地区实施，因此做好地质勘探工作就十分重要，如果被勘测地区高阻岩层较多，使用瞬变电磁地质探测仪能够有效减少复杂地形起伏不平的限制，灵敏的反应出地质地形的实际情况;c瞬变电磁地质探测仪，通常能够使用一些较为先进的探测方式，进行接收信号和观测工作，具有较强的反应能力，特别是在针对一些异常情况时，能够准确及时的判断和分辨出具体的地质状况;d瞬变电磁地质探测仪在实际使用的过程中，能同时开展纵向和横向的探测工作，有效提升了施工效率，为地质矿产勘探工作的顺利进行提供了良好的前提条件。PROTEM瞬变电磁仪在地质勘探中能够起到良好应用效果，该仪器的规格情况主要表现在以下方面:1个常规信道和3个3组分通道，24位的动态范围，基础频率0．3，0．75，3，7．5，30，75和285 Hz或0．25，0．625，2．5，6．25，25，62．5和237．5 Hz。

2 探测仪发射系统的整体结构分析

2．1探测仪发射系统的总体设计要求

瞬变电磁地质矿产探测仪发射系统想要能有效满足地质勘探工作的实际需求，就需要满足以下几个条件:a发射电流强度方面，瞬变电磁地质探测仪发射系统要求所供应的发射电流的强度较大，从而不断提升相应的磁场强度，这样能为提升瞬变电磁地质探测仪发射系统本身的探测深度，奠定基础;b关断时间方面，将关断的时间进行有效的控制，尽可能减少时间间隙，这样能够有效减少探测过程中出现浅层盲区的情况［1］。

2．2发射系统本身的整体结构

瞬变电磁地质矿产探测仪发射系统结构包括以下几个方面:a发射电路，其主要由有桥式功率变换电路和驱动电路组成;b关联电路，该电路通常是在负载两端以并联形式存在，当关断电流时，能够释放出一定的能量;c控制电路，该电路的组成模块较多，包括人机交互模块、单片机控制模块、关断时间检测模块以及电流采样模块等。瞬变电磁地质探测仪发射系统设置的一些模块，能针对系统运行过程中的一些参数进行全面有效的监视和控制，当出现电流过大现象时，能及时显示出相应的警示信息，从而提醒相关人员检修［2］。

2．3探测仪发射系统的工作原理分析

2．3．1发射电路

发射电路是瞬变电磁地质矿产探测仪发射系统中的重要组成部分，在实际工作过程中，使用了多种周期性的脉冲序列，通常有三角波、半正弦波以及矩形波方面。发射电路首先需要选择相应的电流波形，通常情况下主要是这些矩形的脉冲、梯形脉冲以及半正弦脉冲等方面，这样能够对二次电磁场起到激发作用。其次，需要针对发射电路的总体结构进行全面控制。综合瞬变电磁地质矿产探测仪发射系统的实际需求，发射电力的负载时感性形式，其发射的电流一般较大，但是阻抗却较小，在电流关断时，会产生较强的反向冲击。针对这种情况，需要有效减小其对电源产生的冲击，这时候增加相应的阻断二极管能起到良好的阻抗效果，能有效降低开关管上的功率损耗，进而提升发射电流［3］。

2．3．2关断电路

通常情况下，瞬变电磁地质矿产探测仪发射系统所使用的关断电路种类较多，需要根据实际情况进行选择。很多常规的关断电路本身存在着这样或那样的不足，难以取得理想效果，因而在使用关断电路时，需要保证发射电路能够承受较高的瞬时电压［4］。关断电路通常会存在于负载两端，通常还是并联的形式，在一些主电路形式中需要使用到准谐振型电流睹脉冲整形电路形式，他能起到良好的加速效果，这种电路形式能够有效控制关断时间，将其缩短在最小范围，减少关断过程中产生的过冲问题［5］。

3 探测仪发射系统软件和硬件设计情况

瞬变电磁地质矿产探测仪发射系统中使用的组成部位较复杂，由多种软件和硬件构成，为系统全面有效运行发挥了积极作用。在瞬变电磁地质矿产探测仪发射系统设计中，要针对其中的硬件和软件进行协调与控制。

3．1做好开关管的驱动电路设计工作

在瞬变电磁地质矿产探测仪发射系统的运行过程中，需要有良好的开关管作为相应的电路设备。在设计开关管的过程中，主要针对驱动电路进行控制，当前使用的设备主要是IR2110，他是由美国国际整流器公司所开发出来的一种集成性电路，它将自身的高压电路和无门锁抗干扰制造工艺的优势全面发挥出来，当前诸多设备中都发挥了良好的效果。驱动电路设计中使用的驱动芯片本身体积较小，还具有较高的集成度，同时还能进行相应的电磁隔离工作，将高端输入输出通道和低端输入输出通道进行全面包容，对多项驱动器的良好应用提供前提和基础［6］。

3．2针对桥式功率变换电路进行有效设计

很多仪器设备在实际运用的过程中，由于本身输出功率较大，需要使用相应的功率变换电路作为媒介，有效变换电能，这样能效保证和提升仪器设备在实际运行中的效果，在瞬变电磁地质矿产探测仪发射系统中也是如此。桥式功率变换电路设计能直接有效的针对大功率电路进行转换，从而给瞬变电磁地质探测仪发射系统的整体运行提供良好的前提条件。开关管在瞬变电磁地质探测仪发射系统中占据重要地位，但是需要从开关管的各种类型入手，选择合适的型号，通常所用的开关管主要是集中在可控硅、双极性三极管、大功率IGBT等方面［7］。RJT和MOS共同组成了相应的IGBT，能够阻抗较高的电阻同时还能够起到导通作用。现阶段，将NCE80H12型MOSFET金属氧化物半导体场效应管积极应用在瞬变电磁地质探测仪发射系统之中，不仅能将高速通断过程中开关本身的损耗控制到最低，同时还能实现较低导通阻抗，有效提升了瞬变电磁地质探测仪发射系统的总体运行效果［8］。

3．3针对电源电路进行全面细致的设计

瞬变电磁地质探测仪发射系统设计工作中，将其中的电源电路分解成了两个部分，在主电路之中，使用了直流电源进行供电，电源本身是有相应阻断二极管的存在的，这样当关断电路的时候能够减少电源受到的损害，提升了电源使用的稳定性和安全性。从主电源经线性稳压芯片能够实现良好的降压［9］。电源电路本身的运行线路图如图1所示。

图1电源电路的运行线路

4 结语

瞬变电磁地质矿产探测仪发射系统，能够促进地质矿产勘探工作的顺利进行、提高地质勘探的准确性和真实性。在瞬变电磁地质矿产探测仪发射系统设计过程中，需要对瞬变电磁地质探测仪发射系统软件、硬件进行着重分析。进而提升瞬变电磁地质探测仪发射系统的整体运行效果。

［1］单斌，熊熊，郑勇，等．2013年芦山地震导致的周边断层应力变化及其与2008年汶川地震的关系［J］．中国科学:地球科学，2013(6):1002－1009．

［2］刘晓峰，邱增强，李鑫．涂油机电流过大原因的分析与防治［J］．中国科技博览，2012(33):238－239．

［3］喻九阳，高九阳，吴艳阳，等．机械振打器不同往复密封结构功率损耗的分析［J］．润滑与密封，2011，36(4):68－72．

［4］王小君，巩超，和敬涵．考虑频率波动的改进瞬时电压d-q分解算法［J］．北京交通大学学报，2014，38(5):128－131．

［5］徐宝良，黄少林．高低温箱在检测过程中的温度过冲问题的调整与解决［J］．天津科技，2011，38(1):72－73．

［6］郭曦．A企业新产品项目管理的应用研究——以“双纵模激光干涉仪的研究”项目实施为例［D］．成都:电子科技大学，2012．

［7］庄景阳．一种新型开关电路控制增流型整流器的稳压装置: CN102761305A［P］．2012．

［8］Djezzar B，Tahi H，Benabdelmoumene A，et al．On the permanent component profiling of the negative bias temperature instability in p-MOSFET devices［J］．Solid-State Electronics，2015(106):54－62．

［9］饶海山．一种集成输出控制、低压检测及增强稳压输出的电源芯片:CN203574422U［P］．2014．

System Design of Electromagnetic Transient Emission Geological Detector

MA Chen，XIAO Jun
(School of Electronic Engineering，Xi’an Aeronautical University，Xi’an，Shanxi 710077，China)

The ability for geological exploration launch system in electromagnetic transient geological detector can provide good conditions，including some accurate and reliable data support for the building and construction projects．According to the comprehensive analysis of transient electromagnetic emission geological detector system design，we can make the operation effect of the system．This article tells of the advantages of electromagnetic transient geological detector，including composition，principle of the overall design requirements for transient electromagnetic emission in geological detector system．The author tries to do a comprehensive analysis to show the whole effective electromagnetic transient emission in detector system of geological structure．

Transient electromagnetic;Geology;detector;Emission;System design

P631．325

B

10．14101/j．cnki．issn．1002－4336．2017．01．046

2016－12－14

陕西省教育厅科研处计划项目(14JK1362)

马晨(1987－)，女，陕西府谷人，助教，研究方向:通信与信息系统，手机:13689282326，E-mail:190088803@qq．com．