馬晨，肖軍

(西安航空學(xué)院電子工程學(xué)院，陜西西安710077)

瞬變電磁地質(zhì)礦產(chǎn)探測儀發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬晨，肖軍

(西安航空學(xué)院電子工程學(xué)院，陜西西安710077)

瞬變電磁地質(zhì)礦產(chǎn)探測儀發(fā)射系統(tǒng)能夠?yàn)榈刭|(zhì)礦產(chǎn)勘探工作提供良好的勘探基礎(chǔ)，為工程項(xiàng)目建設(shè)與施工工作提供準(zhǔn)確、真實(shí)、可靠的數(shù)據(jù)支持。對(duì)瞬變電磁地質(zhì)探測儀發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)造進(jìn)行全面分析，能夠有效發(fā)揮該系統(tǒng)的優(yōu)良效果。主要從瞬變電磁地質(zhì)礦產(chǎn)探測儀的應(yīng)用優(yōu)勢入手，針對(duì)瞬變電磁地質(zhì)探測儀發(fā)射系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要求和各個(gè)部分的構(gòu)成、原理進(jìn)行分析，展現(xiàn)了瞬變電磁地質(zhì)探測儀發(fā)射系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上針對(duì)瞬變電磁地質(zhì)礦產(chǎn)探測儀發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)作出分析。

瞬變;地質(zhì)礦產(chǎn);探測儀;發(fā)射;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 前言

當(dāng)前工程建設(shè)項(xiàng)目數(shù)量不斷增加，項(xiàng)目在建設(shè)施工前都需要做好相應(yīng)的地質(zhì)勘探工作。地質(zhì)勘探主要是使用多種方式和手段，針對(duì)需要進(jìn)行探測的區(qū)域進(jìn)行全面有效的分析和勘察，主要包括了地形地貌、礦體、地層構(gòu)造以及地下水源等方面。在開展地質(zhì)礦產(chǎn)勘探工作的過程中，需要使用不同的探測儀器和不同的勘探方式，才能全面判斷出地下的總體地質(zhì)構(gòu)造和礦產(chǎn)分布情況。瞬變電磁法，是當(dāng)前地質(zhì)勘探中常用的一種探測方式，能夠?yàn)楫?dāng)前工程項(xiàng)目的建設(shè)提供良好的數(shù)據(jù)支持。瞬變電磁地質(zhì)探測儀，能針對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行全面探測，發(fā)射系統(tǒng)是其中的一個(gè)重要組成部分，需要對(duì)其設(shè)計(jì)工作進(jìn)行全面細(xì)致的分析和研究。做好瞬變電磁地質(zhì)探測儀發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究工作，能夠?yàn)橛行Оl(fā)揮該項(xiàng)儀器的作用和優(yōu)勢提供良好的前提條件，為地質(zhì)礦產(chǎn)勘探工作的順利進(jìn)行奠定重要基礎(chǔ)。

1 探測儀的應(yīng)用優(yōu)勢

瞬變電磁地質(zhì)探測儀在當(dāng)前的地質(zhì)礦產(chǎn)勘探工作中能夠發(fā)揮良好的優(yōu)勢和作用，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:a通過使用瞬變電磁地質(zhì)探測儀進(jìn)行地質(zhì)勘察，能夠?qū)Φ妥杼綔y物進(jìn)行及時(shí)有效的反應(yīng)，并且具有較高的施工效率，操作也較為簡便;b很多工程項(xiàng)目需要在一些地形較為復(fù)雜的地區(qū)實(shí)施，因此做好地質(zhì)勘探工作就十分重要，如果被勘測地區(qū)高阻巖層較多，使用瞬變電磁地質(zhì)探測儀能夠有效減少復(fù)雜地形起伏不平的限制，靈敏的反應(yīng)出地質(zhì)地形的實(shí)際情況;c瞬變電磁地質(zhì)探測儀，通常能夠使用一些較為先進(jìn)的探測方式，進(jìn)行接收信號(hào)和觀測工作，具有較強(qiáng)的反應(yīng)能力，特別是在針對(duì)一些異常情況時(shí)，能夠準(zhǔn)確及時(shí)的判斷和分辨出具體的地質(zhì)狀況;d瞬變電磁地質(zhì)探測儀在實(shí)際使用的過程中，能同時(shí)開展縱向和橫向的探測工作，有效提升了施工效率，為地質(zhì)礦產(chǎn)勘探工作的順利進(jìn)行提供了良好的前提條件。PROTEM瞬變電磁儀在地質(zhì)勘探中能夠起到良好應(yīng)用效果，該儀器的規(guī)格情況主要表現(xiàn)在以下方面:1個(gè)常規(guī)信道和3個(gè)3組分通道，24位的動(dòng)態(tài)范圍，基礎(chǔ)頻率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 探測儀發(fā)射系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)分析

2．1探測儀發(fā)射系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要求

瞬變電磁地質(zhì)礦產(chǎn)探測儀發(fā)射系統(tǒng)想要能有效滿足地質(zhì)勘探工作的實(shí)際需求，就需要滿足以下幾個(gè)條件:a發(fā)射電流強(qiáng)度方面，瞬變電磁地質(zhì)探測儀發(fā)射系統(tǒng)要求所供應(yīng)的發(fā)射電流的強(qiáng)度較大，從而不斷提升相應(yīng)的磁場強(qiáng)度，這樣能為提升瞬變電磁地質(zhì)探測儀發(fā)射系統(tǒng)本身的探測深度，奠定基礎(chǔ);b關(guān)斷時(shí)間方面，將關(guān)斷的時(shí)間進(jìn)行有效的控制，盡可能減少時(shí)間間隙，這樣能夠有效減少探測過程中出現(xiàn)淺層盲區(qū)的情況［1］。

2．2發(fā)射系統(tǒng)本身的整體結(jié)構(gòu)

瞬變電磁地質(zhì)礦產(chǎn)探測儀發(fā)射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括以下幾個(gè)方面:a發(fā)射電路，其主要由有橋式功率變換電路和驅(qū)動(dòng)電路組成;b關(guān)聯(lián)電路，該電路通常是在負(fù)載兩端以并聯(lián)形式存在，當(dāng)關(guān)斷電流時(shí)，能夠釋放出一定的能量;c控制電路，該電路的組成模塊較多，包括人機(jī)交互模塊、單片機(jī)控制模塊、關(guān)斷時(shí)間檢測模塊以及電流采樣模塊等。瞬變電磁地質(zhì)探測儀發(fā)射系統(tǒng)設(shè)置的一些模塊，能針對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的一些參數(shù)進(jìn)行全面有效的監(jiān)視和控制，當(dāng)出現(xiàn)電流過大現(xiàn)象時(shí)，能及時(shí)顯示出相應(yīng)的警示信息，從而提醒相關(guān)人員檢修［2］。

2．3探測儀發(fā)射系統(tǒng)的工作原理分析

2．3．1發(fā)射電路

發(fā)射電路是瞬變電磁地質(zhì)礦產(chǎn)探測儀發(fā)射系統(tǒng)中的重要組成部分，在實(shí)際工作過程中，使用了多種周期性的脈沖序列，通常有三角波、半正弦波以及矩形波方面。發(fā)射電路首先需要選擇相應(yīng)的電流波形，通常情況下主要是這些矩形的脈沖、梯形脈沖以及半正弦脈沖等方面，這樣能夠?qū)Χ坞姶艌銎鸬郊ぐl(fā)作用。其次，需要針對(duì)發(fā)射電路的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面控制。綜合瞬變電磁地質(zhì)礦產(chǎn)探測儀發(fā)射系統(tǒng)的實(shí)際需求，發(fā)射電力的負(fù)載時(shí)感性形式，其發(fā)射的電流一般較大，但是阻抗卻較小，在電流關(guān)斷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的反向沖擊。針對(duì)這種情況，需要有效減小其對(duì)電源產(chǎn)生的沖擊，這時(shí)候增加相應(yīng)的阻斷二極管能起到良好的阻抗效果，能有效降低開關(guān)管上的功率損耗，進(jìn)而提升發(fā)射電流［3］。

2．3．2關(guān)斷電路

通常情況下，瞬變電磁地質(zhì)礦產(chǎn)探測儀發(fā)射系統(tǒng)所使用的關(guān)斷電路種類較多，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。很多常規(guī)的關(guān)斷電路本身存在著這樣或那樣的不足，難以取得理想效果，因而在使用關(guān)斷電路時(shí)，需要保證發(fā)射電路能夠承受較高的瞬時(shí)電壓［4］。關(guān)斷電路通常會(huì)存在于負(fù)載兩端，通常還是并聯(lián)的形式，在一些主電路形式中需要使用到準(zhǔn)諧振型電流睹脈沖整形電路形式，他能起到良好的加速效果，這種電路形式能夠有效控制關(guān)斷時(shí)間，將其縮短在最小范圍，減少關(guān)斷過程中產(chǎn)生的過沖問題［5］。

3 探測儀發(fā)射系統(tǒng)軟件和硬件設(shè)計(jì)情況

瞬變電磁地質(zhì)礦產(chǎn)探測儀發(fā)射系統(tǒng)中使用的組成部位較復(fù)雜，由多種軟件和硬件構(gòu)成，為系統(tǒng)全面有效運(yùn)行發(fā)揮了積極作用。在瞬變電磁地質(zhì)礦產(chǎn)探測儀發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要針對(duì)其中的硬件和軟件進(jìn)行協(xié)調(diào)與控制。

3．1做好開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)工作

在瞬變電磁地質(zhì)礦產(chǎn)探測儀發(fā)射系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，需要有良好的開關(guān)管作為相應(yīng)的電路設(shè)備。在設(shè)計(jì)開關(guān)管的過程中，主要針對(duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行控制，當(dāng)前使用的設(shè)備主要是IR2110，他是由美國國際整流器公司所開發(fā)出來的一種集成性電路，它將自身的高壓電路和無門鎖抗干擾制造工藝的優(yōu)勢全面發(fā)揮出來，當(dāng)前諸多設(shè)備中都發(fā)揮了良好的效果。驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中使用的驅(qū)動(dòng)芯片本身體積較小，還具有較高的集成度，同時(shí)還能進(jìn)行相應(yīng)的電磁隔離工作，將高端輸入輸出通道和低端輸入輸出通道進(jìn)行全面包容，對(duì)多項(xiàng)驅(qū)動(dòng)器的良好應(yīng)用提供前提和基礎(chǔ)［6］。

3．2針對(duì)橋式功率變換電路進(jìn)行有效設(shè)計(jì)

很多儀器設(shè)備在實(shí)際運(yùn)用的過程中，由于本身輸出功率較大，需要使用相應(yīng)的功率變換電路作為媒介，有效變換電能，這樣能效保證和提升儀器設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中的效果，在瞬變電磁地質(zhì)礦產(chǎn)探測儀發(fā)射系統(tǒng)中也是如此。橋式功率變換電路設(shè)計(jì)能直接有效的針對(duì)大功率電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而給瞬變電磁地質(zhì)探測儀發(fā)射系統(tǒng)的整體運(yùn)行提供良好的前提條件。開關(guān)管在瞬變電磁地質(zhì)探測儀發(fā)射系統(tǒng)中占據(jù)重要地位，但是需要從開關(guān)管的各種類型入手，選擇合適的型號(hào)，通常所用的開關(guān)管主要是集中在可控硅、雙極性三極管、大功率IGBT等方面［7］。RJT和MOS共同組成了相應(yīng)的IGBT，能夠阻抗較高的電阻同時(shí)還能夠起到導(dǎo)通作用?，F(xiàn)階段，將NCE80H12型MOSFET金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管積極應(yīng)用在瞬變電磁地質(zhì)探測儀發(fā)射系統(tǒng)之中，不僅能將高速通斷過程中開關(guān)本身的損耗控制到最低，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)較低導(dǎo)通阻抗，有效提升了瞬變電磁地質(zhì)探測儀發(fā)射系統(tǒng)的總體運(yùn)行效果［8］。

3．3針對(duì)電源電路進(jìn)行全面細(xì)致的設(shè)計(jì)

瞬變電磁地質(zhì)探測儀發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中，將其中的電源電路分解成了兩個(gè)部分，在主電路之中，使用了直流電源進(jìn)行供電，電源本身是有相應(yīng)阻斷二極管的存在的，這樣當(dāng)關(guān)斷電路的時(shí)候能夠減少電源受到的損害，提升了電源使用的穩(wěn)定性和安全性。從主電源經(jīng)線性穩(wěn)壓芯片能夠?qū)崿F(xiàn)良好的降壓［9］。電源電路本身的運(yùn)行線路圖如圖1所示。

圖1電源電路的運(yùn)行線路

4 結(jié)語

瞬變電磁地質(zhì)礦產(chǎn)探測儀發(fā)射系統(tǒng)，能夠促進(jìn)地質(zhì)礦產(chǎn)勘探工作的順利進(jìn)行、提高地質(zhì)勘探的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。在瞬變電磁地質(zhì)礦產(chǎn)探測儀發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，需要對(duì)瞬變電磁地質(zhì)探測儀發(fā)射系統(tǒng)軟件、硬件進(jìn)行著重分析。進(jìn)而提升瞬變電磁地質(zhì)探測儀發(fā)射系統(tǒng)的整體運(yùn)行效果。

［1］單斌，熊熊，鄭勇，等．2013年蘆山地震導(dǎo)致的周邊斷層應(yīng)力變化及其與2008年汶川地震的關(guān)系［J］．中國科學(xué):地球科學(xué)，2013(6):1002－1009．

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［4］王小君，鞏超，和敬涵．考慮頻率波動(dòng)的改進(jìn)瞬時(shí)電壓d-q分解算法［J］．北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，38(5):128－131．

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［6］郭曦．A企業(yè)新產(chǎn)品項(xiàng)目管理的應(yīng)用研究——以“雙縱模激光干涉儀的研究”項(xiàng)目實(shí)施為例［D］．成都:電子科技大學(xué)，2012．

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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

陜西省教育廳科研處計(jì)劃項(xiàng)目(14JK1362)

馬晨(1987－)，女，陜西府谷人，助教，研究方向:通信與信息系統(tǒng)，手機(jī):13689282326，E-mail:190088803@qq．com．