本發(fā)明具體涉及一種減少瞬變電磁關(guān)斷時間的裝置及其方法，屬于瞬變電磁法技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

瞬變電磁tem(transientelectromagnetic)是金屬礦勘探的首選方法之一，磁性源tem要求發(fā)射線圈電流的變化瞬間完成，但實際施工中由于線圈電感與發(fā)射電流的影響，激勵場的關(guān)斷需要一定的時間。關(guān)斷時間主要受一下幾個參數(shù)影響：回線，限流電阻，發(fā)射電壓，發(fā)射電流。當前常用的發(fā)射機關(guān)斷時間普遍100us-300us之間。因此，關(guān)斷效應(yīng)tem資料中產(chǎn)生的影響不可忽略，其主要影響瞬變場早期，表現(xiàn)為響應(yīng)值過低，使視電阻率增大，并隨著關(guān)斷時間的增大，影響越大。

在數(shù)據(jù)處理時，必須進行關(guān)斷時間校正處理，盡可能消除關(guān)斷時間對早期道數(shù)據(jù)的影響。通常采用坐標移動法、解析法、數(shù)值計算法等。不同工區(qū)，不同儀器，這幾種方法適應(yīng)性不好，需要進行修正，各種方法都存在一定誤差。

目前國內(nèi)對早期關(guān)斷的研究主要在集中在關(guān)斷時間的影響，并且tem儀器記錄的幾乎都是晚期信號，或者在數(shù)據(jù)處理時僅采用了晚期信號，這樣不但損失了tem探測淺部結(jié)構(gòu)的能力，還由于關(guān)斷電流的影響使瞬變響應(yīng)發(fā)生畸變，從而降低了tem的分辨能力。

在儀器研制方面，有學(xué)者通過匹配電阻消除關(guān)斷電流晚期振蕩現(xiàn)象，通過引入瞬態(tài)電壓抑制二極管(tvs)，在發(fā)射電流為10a，線圈電感為0.6mh，發(fā)射電壓為12v的條件下，實現(xiàn)了關(guān)斷時間從300us降低到140us的目的。關(guān)斷時間仍然非常大。

對于發(fā)射線圈，假設(shè)其電阻為r，電感為l，發(fā)射電壓為u，那么發(fā)射線圈的開通電流波形為：

關(guān)斷電流波形為：

則關(guān)斷電流變化率為：

關(guān)斷時間為：

可見，電流關(guān)斷時間與發(fā)射電壓，線圈電阻，線圈電感有關(guān)，電阻越大，電壓越小，線圈電感越小，則關(guān)斷電流越快。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，提供一種減少瞬變電磁關(guān)斷時間的裝置及其方法，主要的設(shè)計思路為：

通過一些技術(shù)消除關(guān)斷時間的影響，從源頭上解決問題。

關(guān)斷時間效應(yīng)是由于發(fā)射線圈存在電感導(dǎo)致的，還與儀器發(fā)射電壓，限流電阻等參數(shù)有關(guān)。本發(fā)明通過以下幾個技術(shù)實現(xiàn)了這個目標：

1、引入一個輔助線圈，在主發(fā)射線圈關(guān)斷的時候，輔助線圈產(chǎn)生一個相反的磁場，從而抵消主發(fā)射線圈關(guān)斷時間期間產(chǎn)生的磁場，從而加快一次場的消除。

2、引入同步比較方法，在輔助線圈產(chǎn)生的電流與主發(fā)射線圈電流相等的時候，關(guān)閉輔助線圈，依據(jù)負載模型，此后主發(fā)射線圈與輔助線圈的電流大小接近相等，方向相反，從而抵消了一次場。

3、輔助線圈開通電壓大于關(guān)閉電壓，且關(guān)閉電壓等于主發(fā)射線圈電壓，從而加快一次場的抵消時間。

通過本發(fā)明專利，一次場的關(guān)斷時間可以把幾百微秒降低到幾時微秒的水平。理想的結(jié)果可以降到10微秒到50微秒之間。

具體的，本發(fā)明提供的減少瞬變電磁關(guān)斷時間的裝置，包括主發(fā)射線圈，主發(fā)射線圈連接主發(fā)射線圈發(fā)射橋，所述裝置還包括輔助線圈，輔助線圈與主發(fā)射線圈規(guī)格相同，輔助線圈連接輔助線圈發(fā)射橋，輔助線圈的關(guān)閉電壓與主發(fā)射線圈的關(guān)閉電壓相同，主發(fā)射線圈與輔助線圈的距離滿足以下條件：

主發(fā)射線圈與輔助線圈緊密貼近，相互耦合且主發(fā)射線圈與輔助線圈的自感及互感均相等。

進一步的，所述主發(fā)射線圈發(fā)射橋包括四個igbt開關(guān)管構(gòu)成的h逆變橋，每個igbt開關(guān)管并聯(lián)一個吸收電容。

進一步的，所述輔助線圈發(fā)射橋包括四個igbt開關(guān)管構(gòu)成的h逆變橋，每個igbt開關(guān)管并聯(lián)一個吸收電容。

進一步的，所述輔助線圈的發(fā)射電壓等于兩倍的主發(fā)射線圈的發(fā)射電壓。

本發(fā)明還提供了利用上述裝置實現(xiàn)的減少瞬變電磁關(guān)斷時間的方法，所述方法為：

輔助線圈在主發(fā)射線圈關(guān)閉電流的時候，流過相反方向的電流，從而使得合成的磁場相互抵消，等效關(guān)閉電流獲得快速下降，當主發(fā)射線圈的電流下降到與輔助線圈上升電流相等的時候，關(guān)閉輔助線圈，主發(fā)射線圈與輔助線圈的關(guān)閉電壓一致，主發(fā)射線圈與輔助線圈的電流大小接近相等，方向相反，等效電流接近為零，降低瞬變電流的關(guān)閉時間。

本發(fā)明的有益效果在于：通過本發(fā)明提供的裝置及方法，可以大大縮短tem發(fā)射線圈電流的等效關(guān)斷時間。從傳統(tǒng)的幾百us縮短到幾十us，為tem電法勘探提供較理想的磁性源。

該方法的優(yōu)點在于，實現(xiàn)方法簡單方便，只要在原來線圈的基礎(chǔ)上，在放一個同樣規(guī)格的輔助線圈，配備相應(yīng)輔助線圈的驅(qū)動方法，就可以獲得理想結(jié)果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明裝置的主電路拓撲結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明減少瞬變電磁關(guān)斷時間的減小電流關(guān)閉實現(xiàn)示意圖；

圖3為主發(fā)射橋與輔發(fā)射橋的發(fā)射電壓波形圖；

圖4為系統(tǒng)仿真示意圖；

圖5為主發(fā)射線圈與輔助線圈的發(fā)射電壓波形圖；

圖6為主發(fā)射線圈和輔助線圈的發(fā)射電流波形圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行說明：

本發(fā)明專利包括兩個線圈，一個主發(fā)射線圈，一個輔助線圈，分別接到兩個不同的發(fā)射橋，且兩個線圈距離很近，如圖1所示，圖1中包括，主發(fā)射線圈1、輔助線圈2、主發(fā)射線圈發(fā)射橋3、輔助線圈發(fā)射橋4。

1)主發(fā)射線圈發(fā)射橋3

主發(fā)射線圈發(fā)射橋3為s11、s12、s13和s14四個igbt開關(guān)管構(gòu)成的h逆變橋，每個igbt開關(guān)管并聯(lián)一個吸收電容，設(shè)s11與s13導(dǎo)通，s12與s14關(guān)斷發(fā)射正電壓，那么s11與s13關(guān)斷，s12與s14導(dǎo)通就發(fā)射負電壓。

2)輔助線圈發(fā)射橋4

輔助線圈發(fā)射橋4為s21、s22、s23和s24四個igbt開關(guān)管構(gòu)成的h逆變橋，每個igbt開關(guān)管并聯(lián)一個吸收電容，設(shè)s21與s23導(dǎo)通，s22與s24關(guān)斷發(fā)射正電壓，那么s21與s23關(guān)斷，s22與s24導(dǎo)通就發(fā)射負電壓。

3)主發(fā)射線圈1與輔助線圈2

主發(fā)射線圈1的作用相當于常規(guī)tem發(fā)射線圈，輔助線圈2在主發(fā)射線圈關(guān)閉電流的時候，流過相反方向的電流。由于主發(fā)射線圈1在關(guān)閉的時候，輔助線圈2通過了一個相反的電流，從而使得合成的磁場相互抵消，等效關(guān)閉電流獲得快速下降，當主發(fā)射線圈1的電流下降到與輔助線圈2上升電流相等的時候，關(guān)閉輔助線圈2，如果主發(fā)射線圈1與輔助線圈2的關(guān)閉電壓一致，那么根據(jù)公式3可知，此后，主發(fā)射線圈1與輔助線圈2的電流大小接近相等，方向相反，等效電流接近為零，從而大大降低了瞬變電流的關(guān)閉時間。

主發(fā)射線圈1與輔助線圈2的電流與等效關(guān)閉電流如圖2所示，圖2中包括主發(fā)射線圈關(guān)閉電流5、輔助線圈關(guān)閉電流6、等效關(guān)閉電流7。

主發(fā)射線圈發(fā)射橋3與輔助線圈發(fā)射橋4的發(fā)射電壓波形如圖3所示，圖3中從上至下依次為主發(fā)射線圈發(fā)射橋發(fā)射電壓波形、輔助發(fā)射橋發(fā)射電壓波形、輔助線圈電流波形、主發(fā)射線圈電流波形、接收線圈信號波形，虛線左側(cè)為一次場信號，虛線右側(cè)為二次場信號。

根據(jù)公式1與公式2，輔助線圈的發(fā)射電壓的為主發(fā)射線圈的2倍，則輔助線圈的電流增量等于主發(fā)射線圈的電流降量，而關(guān)閉電壓與主發(fā)射線圈電壓相等，則確保主發(fā)射線圈與輔助線圈的電流大小接近相等，方向相反，實現(xiàn)等效電流接近為零的目的。

可見為了減小等效關(guān)閉電流時間，可以是提高輔助線圈的發(fā)射電壓，但是提高發(fā)射電壓后，設(shè)計系統(tǒng)的復(fù)雜度增加，通常采用2倍發(fā)射電壓。

設(shè)輔助線圈開通電壓為a倍主發(fā)射線圈發(fā)射電壓u，關(guān)閉電壓為u，線圈電阻為r，線圈等效電感為lm(包括主輔助線圈互感與自感)，根據(jù)互感與自感的定義，由于只要兩個線圈緊耦合，則可以認為他們的自感與互感都相等。那么等效電流關(guān)閉時間為：

此時主發(fā)射線圈的電流為：

如果輔助線圈的關(guān)閉電壓也為u，則此后輔助線圈的關(guān)斷電流為：

則輔助線圈的關(guān)斷電流變化率為：

由于

所以輔助線圈電流的變化比主發(fā)射線圈的變化慢，從而導(dǎo)致等效關(guān)閉電流又有一個不等于零的余量，緩慢下降到零，由于這個余量電流很小，且變化緩慢，對應(yīng)一次場接收線圈感應(yīng)出來的信號很小，可以忽略不計。從而實現(xiàn)輔助線圈關(guān)閉后，等效關(guān)閉電流為零的目的。a越大，等效關(guān)斷電流越理想。

建立如圖4所示的仿真系統(tǒng)。

圖4中，左側(cè)為主發(fā)射模塊，右側(cè)為輔助發(fā)射模塊。設(shè)主發(fā)射線圈發(fā)射電壓為24v，電阻為r＝3ω，等效電感為lm＝0.5mh，輔助線圈發(fā)射電壓為48v，關(guān)閉電壓為24v，電阻為r＝3ω，等效電感為lm＝0.5mh，即兩個線圈參數(shù)相同。

主發(fā)射線圈與輔助線圈發(fā)射電壓波形如圖5所示。

當主發(fā)射線圈關(guān)閉電流的時候，其電壓變成負極性，而輔助線圈電壓也為負，產(chǎn)生反向增加的電流，當主發(fā)射線圈電流等于輔助線圈電流時，關(guān)閉輔助線圈，此時，輔助線圈電壓變成正極性，直到主發(fā)射線圈和輔助線圈電流為零后，主發(fā)射線圈和輔助線圈電壓為都為零。

如圖6所示為主發(fā)射線圈和輔助線圈的發(fā)射電流波形，圖6中包括主發(fā)射線圈關(guān)斷電流8，輔助線圈關(guān)斷電流9等效關(guān)斷電流10。

當主發(fā)射線圈關(guān)閉后，電流類似線性下降，打開輔助開關(guān)通過相反方向的電流，當輔助線圈電流等于主發(fā)射線圈電流的時候，等效關(guān)斷電流達到零，此時，關(guān)閉輔助線圈，如果主發(fā)射線圈與輔助線圈的關(guān)閉電壓一致，那么根據(jù)公式3可以獲得，此后，主發(fā)射線圈與輔助線圈的電流大小接近相等，方向相反，等效電流接近為零，從而大大降低了瞬變電流的關(guān)閉時間。

由仿真結(jié)果可以看出，沒有輔助線圈的條件下，電流關(guān)斷時間達到110us，采用輔助線圈后，等效電流關(guān)斷時間縮短到了50us左右，大大降低了電流關(guān)斷時間，獲得了理想結(jié)果。理論上，通過改變合適的輔助線圈導(dǎo)通電壓，用上面的方法可以把關(guān)斷時間減小到更小，只要有不同組合的電壓給輔助線圈用于其開通與關(guān)斷以及合適的衰減電阻，但是，受到實際發(fā)射機的電壓以及發(fā)射電流的限制。對于比較理想的控制參數(shù)條件下，通過系統(tǒng)的調(diào)試，這個等效電流關(guān)斷時間可以控制在10-50us的水平。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。