专利名称：探地仪发射机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及瞬变电磁探测技术，具体为一种探地仪发射机。
背景技术：
瞬变电磁探测法是感应电磁探测法的一种。瞬变电磁探测的原理是瞬变电磁波 在向地下传播的过程中，受到各个地层中不同介质的衰减，不同介质对不同频率的瞬变电 磁波衰减值是不同的。只要提取出回波信号中对应于不同地层物质的瞬变电磁信号的特征 频谱，就可反演出地层中不同物质。瞬变电磁探测在环境保护、水文地质和工程地质、能源和矿业勘探方面得到愈来 愈广泛的应用。瞬变电磁装置所发射的瞬变电磁波的幅度的稳定和波形的标准直接关系着探测 结果的准确性，另外发射的强度也决定着探测的深度。现有的探地仪发射机其组成包括 电源、主控电路、数模转换电路、发射电路、从控电路、监测电路和波同步信号电路等部分组 成，主控电路通过总线的形式分别与上述的电路连接。主控电路为单片机(MCU)，主要用来控制发射电路产生一定频率的双极性矩形波， 同时通过监测模块对该矩形波的占空比、波形电压电流大小以及波形的状态进行监测；另 外主控电路还对从控电路进行数据交换实现人机交互。主控电路对发射电路的控制主要是 根据探测的深度来选取不同的电流值，该电流值由操作人员通过按键输入，以及选取的发 射天线的长度确定。发射电路是发射机改善波形的核心，主要由与接收机同步以及主控电路发出的驱 动信号来驱动由4只绝缘栅双极型晶体管组成全桥电路，使用该电路可实现双极性矩形波 的输出。发射电流通过发射线圈产生电磁波向地下发射。从控电路由复杂可编程逻辑器件(CPLD)作为控制芯片，操作人员可通过该电路对 发射电流大小、以及对发射天线长度进行调节以达到最佳发射波形；电池的电压大小、发射 电流大小以及天线的长度都能在显示电路中的显示屏实时显示。监测电路主要对发射电流及波形进行监测，主要由波形状态监测电路和电流大小 监测电路组成。由于探测的深度与发射电流的大小成正比关系，因此有必要对发射电流进 行监测；监测发射电流有两个作用一是实现过流保护；二是对于蓄电池供电的发射机来 说，在使用的过程中，电池的电压将会逐渐降低，发射电流也将随之降低，随时精确地检测 发射电流可保证反演结果的正确性。为了随时精确地检测发射电流，监测电路中接有电流 监测电路，该电路通过采样电路对发射电流采样，并通过模数转换电路将采集到的电流信 号进行转换，其电流转换值送入主控电路，处理器将采样值与电流程控值进行比较，调整发 射电路发射的电流大小达到设定值，以保证发射电流的稳定。另外，当电流检测值超过设定 过流值，主控电路将关断发射电路，以保护系统。显示电路中的显示器显示发射电流的相关 参数。现有技术中，主要是通过桥式电路和恒流源电路产生一定频率的双极性矩形波电流，发射出来的一定频率的双极性矩形波电流经发射天线向地下发送电磁波。由于发射天 线中的发射线圈为电感性负载，开关管关断瞬间，电感中的电流呈指数规律下降，使得发射 电流后沿亦呈指数衰减，影响早期信号检测；另外，对于使用蓄电池作为电源供电的发射 机，在使用的过程中，蓄电池的电压将会逐渐降低，发射电流也将随之降低，这些都会对回 波信号造成影响，妨碍处理阶段反演结果的正确性。
发明内容本实用新型的目的是针对现有技术的不足，而提供一种关断时间短、发射电流大、 测量深度深、监测功能齐全、且集成度高、重量轻的探地仪发射机。本实用新型的目的是通过下述的技术方案来实现的一种探地仪发射机，包括电源、主控电路、数模转换电路、发射电路、从控电路、监 测电路和波同步信号电路，其中主控电路为单片机，监测电路包括采样电路，发射电路包括 桥式电路、隔离电路和发射天线电路，隔离电路与主控电路连接，数模转换电路与主控电路 连接，与现有技术不同的是发射电路中增设开关电路，所述开关电路的控制端与控制电路的输出端连接，控 制电路的输入端与数模转换电路连接，开关电路的输入端与桥式电路的输出端连接，开关 电路的输出端与采样电路连接，桥式电路的每一臂上分别增设绝缘栅双极晶体管，与原有 的绝缘栅双极晶体管并联。所述的开关电路主要由绝缘栅双极晶体管组成，绝缘栅双极晶体管的集电极与桥 式电路的输出端连接，绝缘栅双极晶体管的发射极与采样电路连接，绝缘栅双极晶体管的 门极与控制电路的输出端连接，绝缘栅双极晶体管的发射极与集电极串联有能量回馈缓冲 电路，门极与发射极串联有开关保护电路。所述的能量回馈缓冲电路包括电阻、电容和二极管，由电阻与二极管并联后与电 容串联组成。所述的开关保护电路包括两支快恢复二极管，由两支快恢复二极管的极性反向串 联组成。所述每一臂上分别增设的绝缘栅双极晶体管的数量为2支。监测电路中增设占空比监测电路，所述占空比监测电路的检测输入端与采样电路 连接，输出端与主控电路连接。监测电路中增设波形电压监测电路，所述波形电压监测电路的检测输入端与采样 电路连接，输出端与主控电路连接。监测电路中增设电源电压监测电路，所述电源电压监测电路的检测输入端与电源 连接，输出端与主控电路连接。本实用新型的优点在于1、主控电路根据操作人员输入的电流值大小，产生程控电源电压从而可提供电流 强度和频率不同的发射电流，根据测量深度的不同选用不同等级，适应浅、中、深不同深度 的勘探；由于桥式电路的每一臂上分别增设了绝缘栅双极晶体管，因此发射电流最大可达 200A，优于目前同类产品中最大电流50A ；2、由于采用了绝缘栅双极晶体管组成全桥电路作为电子开关，且接有快恢复二极管为无功功率提供释放回路，将负载电感储存的无功能量反馈回直流侧，因而改善了发射 电流波形后沿；另外，系统还对发射电流的电压电流大小及占空比等参数实时地监测并反 馈给主控电路处理，从而使得发射电流的脉冲波形趋向标准矩形波，大大提高了反演结果 的准确度；3、增设电源电压监测电路，能即时对电源的电压进行监测，以免电源电压的变化 影响发射电流的稳定；4、集成度高，重量轻，还可采用小型发射线圈，可采用背负式在井下探测。
图1为实施例发射电路连接框图；图2为实施例桥式电路与开关电路的电气原理图；图3为实施例监测电路连接框图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型内容进行详细说明，但不是对本实用新型的 限定。实施例参照图1图2，一种探地仪发射机，包括电源15、主控电路1、数模转换电路2、发射 电路10和监测电路，其中主控电路1为单片机，监测电路包括采样电路7，发射电路10包括 桥式电路5、隔离电路4和发射天线6电路，隔离电路4与主控电路1连接，数模转换电路2 与主控电路1连接，发射电路10中增设开关电路8，开关电路8的控制端与控制电路3的输出端连接， 控制电路3的输入端与数模转换电路2连接，开关电路8的输入端与桥式电路5的输出端 连接，开关电路8的输出端与采样电路7连接，如图2电路图所示，桥式电路5的每一臂上 分别增设绝缘栅双极晶体管，与原有的绝缘栅双极晶体管Ql、Q2、Q3、Q4并联，每一臂上增 设的绝缘栅双极晶体管的数量为2支，增设的绝缘栅双极晶体管Q5、Q6与原有的绝缘栅双 极晶体管Ql并联，增设的绝缘栅双极晶体管Q9、QlO与原有的绝缘栅双极晶体管Q2并联， 增设的绝缘栅双极晶体管Q7、Q8与原有的绝缘栅双极晶体管Q3并联，增设的绝缘栅双极晶 体管Qll、Q12与原有的绝缘栅双极晶体管Q4并联。发射天线6与桥式电路5的输出端电 阻R3的两端连接，二极管Dl与电源15连接，电阻Rl、R2、R4、R5为桥式电路5的输入端， 与隔离电路4连接。参照图1图2，开关电路8主要由绝缘栅双极晶体管Q13组成，绝缘栅双极晶体管 Q13的集电极与桥式电路5的输出端连接，绝缘栅双极晶体管Q13的发射极与采样电路Rll 连接，绝缘栅双极晶体管Q13的门极与控制电路3的输出端电阻R8连接，绝缘栅双极晶体 管Q13的发射极与集电极串联有能量回馈缓冲电路，门极与发射极串联有开关保护电路9。 控制电路3包括运算放大器Ul、电阻R7、R8、R9、RlO和电容C2，控制电路3的输入端电阻 R7通过数模转换电路2与主控电路1连接。能量回馈缓冲电路包括电阻R6、电容Cl和二极管D2，由电阻R6与二极管D2并联 后与电容Cl串联组成。[0035]开关保护电路9包括两支快恢复二极管D3、D4，由两支快恢复二极管D3、D4的极 性反向串联组成。主控电路1对发射电路10的控制主要是根据探测的深度来选取不同的电流值，该 电流值由操作人员通过按键输入，以及选取的发射天线6的长度，经过数据处理产生程控 信号，该信号经数模转换电路2后生成一参考电压信号，通过该信号来调节绝缘栅双极型 晶体管Q13开关管的开度大小，从而调节发射电流大小。参照图3，监测电路中原有的波形状态监测电路11连接发射电路10和主控电路 1，电流监测电路12连接采样电路7和主控电路1，采样电路7与发射电路10连接。监测电路中增设占空比监测电路14，占空比监测电路14的检测输入端与采样电 路7连接，输出端与主控电路1连接。监测电路中增设波形电压监测电路13，波形电压监测电路13的检测输入端与采 样电路7连接，输出端与主控电路1连接。波形电压监测电路13以及占空比监测电路14主要是为了保证发射的脉冲波形的 电压值维持在发射电路10所允许的范围之内，保证波形发射的周期性与接收机进行信号 采集时的同步。监测电路中增设电源电压监测电路16，电源电压监测电路16的检测输入端与电 源15连接，输出端与主控电路1连接。电源电压监测电路主要采用了将电源电压的模拟值 转化为处理器可处理的数字值，从而实现对电压的监测。为保证系统的稳定性，首先要保证电源15供给的稳定，故应对电源15电池的电压 进行实时地监测，电源电压监测电路16采集电池的当前电压经模数转换电路后分两路一 路送入接收机，在接受端能够清楚发射设备的电源大小，在接收机上显示电源大小，另一路 送入主控电路处理后在显示电路的显示屏实时显示电池的电量状态以便操作人员识别。
权利要求1.一种探地仪发射机，包括电源、主控电路、数模转换电路、发射电路和监测电路，其中 主控电路为单片机，监测电路包括采样电路，发射电路包括桥式电路、隔离电路和发射天线 电路，隔离电路与主控电路连接，数模转换电路与主控电路连接，其特征在于发射电路中增设开关电路，所述开关电路的控制端与控制电路的输出端连接，控制电 路的输入端与数模转换电路连接，开关电路的输入端与桥式电路的输出端连接，开关电路 的输出端与采样电路连接，桥式电路的每一臂上分别增设绝缘栅双极晶体管，与原有的绝 缘栅双极晶体管并联。
2.根据权利要求1所述的探地仪发射机，其特征在于所述的开关电路主要由绝缘栅 双极晶体管组成，绝缘栅双极晶体管的集电极与桥式电路的输出端连接，绝缘栅双极晶体 管的发射极与采样电路连接，绝缘栅双极晶体管的门极与控制电路的输出端连接，绝缘栅 双极晶体管的发射极与集电极串联有能量回馈缓冲电路，门极与发射极串联有开关保护电 路。
3.根据权利要求1所述的探地仪发射机，其特征在于所述每一臂上分别增设的绝缘 栅双极晶体管的数量为2支。
4.根据权利要求1所述的探地仪发射机，其特征在于监测电路中增设占空比监测电 路，所述占空比监测电路的检测输入端与采样电路连接，输出端与主控电路连接。
5.根据权利要求1所述的探地仪发射机，其特征在于监测电路中增设波形电压监测 电路，所述波形电压监测电路的检测输入端与采样电路连接，输出端与主控电路连接。
6.根据权利要求1所述的探地仪发射机，其特征在于监测电路中增设电源电压监测 电路，所述电源电压监测电路的检测输入端与电源连接，输出经模数转换电路与主控电路 连接。
专利摘要本实用新型公开了一种探地仪发射机，包括电源、主控电路、数模转换电路、发射电路和监测电路，其中主控电路为单片机，监测电路包括采样电路，发射电路包括桥式电路、隔离电路和发射天线电路，隔离电路与主控电路连接，数模转换电路与主控电路连接，其特征在于发射电路中增设开关电路，所述开关电路的控制端与控制电路的输出端连接，控制电路的输入端与数模转换电路连接，开关电路的输入端与桥式电路的输出端连接，开关电路的输出端与采样电路连接，桥式电路的每一臂上分别增设绝缘栅双极晶体管，与原有的绝缘栅双极晶体管并联。本实用新型具有关断时间短、发射电流大、测量深度深、监测功能齐全、且集成度高、重量轻的优点。
文档编号G01V3/12GK201926769SQ20102069489
公开日2011年8月10日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者张法全, 张海如, 张超凡, 欧阳缮, 王国富, 郑春强 申请人:桂林电子科技大学