專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于超級(jí)電容器儲(chǔ)能的電磁勘探發(fā)射系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于超級(jí)電容器儲(chǔ)能的電磁勘探發(fā)射系統(tǒng)，屬于電磁勘探技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
極化率法是傳統(tǒng)的地球物理勘探方法，是僅有的可以直接找礦的有效手段。極化率法應(yīng)用廣泛，是多金屬礦床勘探中必須使用的手段。極化率儀由兩部分構(gòu)成，即發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)?；诔?jí)電容器儲(chǔ)能的電磁勘探發(fā)射系統(tǒng)作為極化率儀的一個(gè)重要分支，在地球物理電磁勘探的過(guò)程中起著非常重要的作用。發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射功率越大，電場(chǎng)信號(hào)越強(qiáng)，接收系統(tǒng)就越容易得到信噪比高、精確可靠的極化率數(shù)據(jù)，就能加大探測(cè)深度。目前極化率儀中發(fā)射系統(tǒng)技術(shù)比較成熟的主要由加拿大SCINTREX公司生產(chǎn)的第一代極化率儀和重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的第二代極化率儀，兩代極化率儀的發(fā)射系統(tǒng)共同的特點(diǎn)是可以直接找礦和地下水資源，不足是能量利用率較低，整個(gè)系統(tǒng)重量大，體積大，不便山野作業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前極化率儀電磁勘探發(fā)射系統(tǒng)現(xiàn)有技術(shù)的不足，從提高系統(tǒng)能量利用率、降低系統(tǒng)重量，減少系統(tǒng)體積以及降低經(jīng)濟(jì)成本的角度出發(fā)，研制一種基于超級(jí)電容器儲(chǔ)能的電磁勘探發(fā)射系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種基于超級(jí)電容器儲(chǔ)能的電磁勘探發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于:該發(fā)明包括I個(gè)發(fā)電機(jī)組、I個(gè)整流濾波電路、I個(gè)超級(jí)電容器組能量轉(zhuǎn)換電路、I個(gè)逆變橋發(fā)射電路、I個(gè)電壓檢測(cè)電路、I個(gè)電流檢測(cè)電路、I個(gè)控制電路及發(fā)射電極組件；其中，發(fā)電機(jī)組輸出端口 IOl與整流濾波電路輸入端口 102相連；整流濾波電路輸出端口103連接超級(jí)電容器組能量轉(zhuǎn)換電路輸入端104，超級(jí)電容器組能量轉(zhuǎn)換電路輸出端105連接逆變橋發(fā)射電路的輸入端106，逆變橋發(fā)射電路的輸出端107連接發(fā)射電極端口 108，發(fā)射電極從發(fā)射端口 109將信號(hào)發(fā)出；電流檢測(cè)電路、電壓檢測(cè)電路和過(guò)溫過(guò)壓檢測(cè)電路均從發(fā)射電極發(fā)射端口 105接入，其中電流信號(hào)和電壓信號(hào)一起送至控制電路中央處理單元；提供的信號(hào)均用于實(shí)時(shí)控制。系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)組的作用是為系統(tǒng)發(fā)射提供3相電源；整流電路、逆變主電路是整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)的重要組成部分，在信號(hào)傳輸、發(fā)射過(guò)程中完成電源的AC-DC以及DC-AC的轉(zhuǎn)換；超級(jí)電容器組能量轉(zhuǎn)換電路作為系統(tǒng)的核心部分，主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)不發(fā)射的時(shí)候能量存儲(chǔ)，發(fā)射時(shí)候能量釋放的功能；電流、電壓檢測(cè)電路的作用是對(duì)超級(jí)電容器組進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，為控制電路提供實(shí)時(shí)信號(hào)；控制電路主要包括一個(gè)中央處理單元和PWM驅(qū)動(dòng)電路，其作用是產(chǎn)生PWM控制波形，實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容器組能量轉(zhuǎn)換電路中的IGBT開(kāi)關(guān)的時(shí)序控制，使超級(jí)電容器組能在系統(tǒng)零發(fā)射時(shí)進(jìn)行充電儲(chǔ)存能量，在系統(tǒng)向外發(fā)射時(shí)電容器組作為電壓源和電源電壓串聯(lián)向系統(tǒng)供電，釋放能量；同 時(shí)中央處理單元還將通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)的電流電壓信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容器組的過(guò)壓過(guò)流監(jiān)控。系統(tǒng)所述的整流橋、逆變橋采用電力場(chǎng)效應(yīng)管(Metal Oxide SemiconductorFiled Effect Transistor)、絕緣門(mén)極雙極型晶體管(Insulated Gate BipolarTransistor)、智能功率模塊(Intelligent Power Module)、MOS 控制晶閘管(MOSControlled Thyristor)、集成門(mén)極換流晶閘管(Integrated Gate Commutated Turn-offThyristor)，優(yōu)選IGBT、IPM。因?yàn)镮GBT的輸入阻抗高，電壓控制，驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)速度快，工作頻率可達(dá)10-40KHZ，飽和壓降低，電壓、電流容量較大，安全工作區(qū)較寬。超級(jí)電容器組(Super capacitor series)米用石家莊華坤電子有限公司型號(hào)為CF100C0.52N13的超級(jí)電容組成的電容器組，電容容量大，充放電迅速，功率密度大，可靠性高。本發(fā)明的特點(diǎn)是:在電法勘探中系統(tǒng)借鑒開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的最新成果以及最新的超級(jí)電容儲(chǔ)能技術(shù)，將系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組提供的不穩(wěn)定三相電源采用AC-DC變換技術(shù)進(jìn)行整流，以獲得可靠、穩(wěn)定的直流母線電壓信號(hào)；再通過(guò)對(duì)超級(jí)電容器組能量轉(zhuǎn)換電路中IGBT開(kāi)關(guān)的時(shí)序控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容器組的充放電，完成能量的存儲(chǔ)與釋放，之后采用DC-AC逆變技術(shù)，以獲得高穩(wěn)定、高線性度以及高功率密度的發(fā)射信號(hào)。這種方案實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)在于:利用超級(jí)電容器組將系統(tǒng)零發(fā)射時(shí)候的能量存儲(chǔ)起來(lái)，再在系統(tǒng)發(fā)射的時(shí)候?qū)?chǔ)存的能量釋放出去，有效地利用了發(fā)電機(jī)組的發(fā)出功率，提高了系統(tǒng)能量利用效率；在系統(tǒng)發(fā)射功率額定的情況下，降低了對(duì)發(fā)電機(jī)組的發(fā)出功率的要求，從而達(dá)到了減少系統(tǒng)重量和體積的目的；此外，整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于控制實(shí)施；超級(jí)電容器組能量轉(zhuǎn)換電路采用拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)新穎，簡(jiǎn)單實(shí)用，經(jīng)濟(jì)可靠。


圖1是基于超級(jí)電容器組儲(chǔ)能電磁勘探發(fā)射系統(tǒng)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。圖2是基于超級(jí)電容器組儲(chǔ)能電磁勘探發(fā)射系統(tǒng)控制原理框圖。圖3是發(fā)射系統(tǒng)中IGBT時(shí)序轉(zhuǎn)換的P麗控制波形:其中I是S1、S3的PWM控制波形，2是S2的PWM控制波形，3是H1、H4的PWM控制波形，4是H2、H3的PWM控制波形。圖4是系統(tǒng)整流濾波電路。圖5是超級(jí)電容器組能量轉(zhuǎn)換電路:其中當(dāng)SI和S3閉合，S2斷開(kāi)并且逆變橋零發(fā)射時(shí)，系統(tǒng)給超級(jí)電容器組充電，當(dāng)SI和S3斷開(kāi)，S2閉合并且逆變橋發(fā)射時(shí)，超級(jí)電容器組放電，作為電壓源和電源電壓串聯(lián)給系統(tǒng)供電。圖6是逆變橋發(fā)射電路。圖7是實(shí)驗(yàn)時(shí)系統(tǒng)的發(fā)射波形，其中I線是超級(jí)電容器組兩端電壓，2線是發(fā)射電極兩端的電壓；系統(tǒng)發(fā)射周期是16s，其中4s正發(fā)射，4s負(fù)發(fā)射，8s是零發(fā)射。圖中具體標(biāo)號(hào)如下:1.發(fā)電機(jī)組2.整流濾波電路3.超級(jí)電容器組能量轉(zhuǎn)換電路4.逆變橋發(fā)射電路5.發(fā)射電極Csc:超級(jí)電容器組
SI, S2, S3, HI, H2, H3, H4:七個(gè) IGBT 器件
具體實(shí)施例方式根據(jù)附圖敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。實(shí)例一:如圖1所示，本發(fā)明的硬件電路具體實(shí)施方式
如下:本發(fā)明的一種基于超級(jí)電容器儲(chǔ)能的電磁勘探發(fā)射系統(tǒng)，較佳實(shí)施方案包括I個(gè)發(fā)電機(jī)組、I個(gè)整流濾波電路、I個(gè)超級(jí)電容器組能量轉(zhuǎn)換電路、I個(gè)逆變橋發(fā)射電路、I個(gè)電壓檢測(cè)電路、I個(gè)電流檢測(cè)電路、I個(gè)控制電路及發(fā)射電極組件；其中，發(fā)電機(jī)組輸出端口IOl與整流濾波電路輸入端口 102相連；整流濾波電路輸出端口 103連接超級(jí)電容器組能量轉(zhuǎn)換電路輸入端104，超級(jí)電容器組能量轉(zhuǎn)換電路輸出端105連接逆變橋發(fā)射電路的輸入端106，逆變橋發(fā)射電路的輸出端107連接發(fā)射電極端口 108，發(fā)射電極從發(fā)射端口 109將信號(hào)發(fā)出；實(shí)例二:如圖2所示，本發(fā)明的控制電路具體實(shí)施方式
如下:本發(fā)明的較佳實(shí)施方式中，系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)組的作用是為系統(tǒng)發(fā)射提供3相電源；整流電路、逆變主電路是整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)的重要組成部分，在信號(hào)傳輸、發(fā)射過(guò)程中完成電源的AC-DC以及DC-AC的轉(zhuǎn)換；超級(jí)電容器組能量轉(zhuǎn)換電路作為系統(tǒng)的核心部分，主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)零發(fā)射的時(shí)候能量存儲(chǔ)，發(fā)射時(shí)候能量釋放的功能；電流、電壓檢測(cè)電路的作用是對(duì)超級(jí)電容器組進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，為控制電路提供實(shí)時(shí)信號(hào)；控制電路主要包括一個(gè)中央處理單元和PWM驅(qū)動(dòng)電路，其作用是產(chǎn)生PWM波形，實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容器組能量轉(zhuǎn)換電路中的IGBT開(kāi)關(guān)的時(shí)序控制，使超級(jí)電容器組能在系統(tǒng)零發(fā)射時(shí)進(jìn)行充電儲(chǔ)存能量，在系統(tǒng)向外發(fā)射時(shí)電容器組作為電壓源和電源電壓串聯(lián)向系統(tǒng)供電，釋放能量；結(jié)合圖1、圖2、圖3和圖7對(duì)具體實(shí)施方式
進(jìn)行說(shuō)明:如圖1所示，發(fā)電機(jī)組I提供三相交流電輸入到整流濾波橋2中，整流濾波后產(chǎn)生單相直流電壓，直流母線電壓輸入到超級(jí)電容器組能量轉(zhuǎn)換電路3中，超級(jí)電容器組能量轉(zhuǎn)換電路3中IGBT開(kāi)關(guān)在中央處理單元產(chǎn)生的PWM波形的控制下實(shí)現(xiàn)電容Csc的充電、放電；其中S1、S2、S3以及逆變橋發(fā)射的開(kāi)關(guān)時(shí)序圖如圖3所示，當(dāng)SI和S3閉合導(dǎo)通時(shí)，S2斷開(kāi)，同時(shí)逆變橋發(fā)射電路4處于零發(fā)射狀態(tài)，電容Csc的充電，當(dāng)SI和S3斷開(kāi)時(shí)，S2閉合，同時(shí)逆變橋發(fā)射電路4處于發(fā)射狀態(tài)，電容Csc作為電壓源與直流母線電壓串聯(lián)輸入到逆變橋發(fā)射電路4中，逆變橋發(fā)射電路4將倍升的電壓送入發(fā)射電極5中，將信號(hào)發(fā)射出去，發(fā)射波形如圖7所示。同時(shí)中央處理單元還將通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)的電流電壓信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容器組的過(guò)壓過(guò)流監(jiān)控。
權(quán)利要求
1.一種基于超級(jí)電容器儲(chǔ)能的電磁勘探系統(tǒng)發(fā)射方法，其特征在于:該發(fā)明包括I個(gè)發(fā)電機(jī)組、I個(gè)整流濾波電路、I個(gè)超級(jí)電容器組能量轉(zhuǎn)換電路、I個(gè)逆變橋發(fā)射電路、I個(gè)電壓檢測(cè)電路、I個(gè)電流檢測(cè)電路、I個(gè)控制電路及發(fā)射電極組件；其中，發(fā)電機(jī)組輸出端口與整流濾波電路輸入端口相連；整流濾波電路輸出端口連接超級(jí)電容器組能量轉(zhuǎn)換電路輸入端，超級(jí)電容器組能量轉(zhuǎn)換電路輸出端連接逆變橋發(fā)射電路輸入端，發(fā)射電路的輸出端口連接發(fā)射電極端口，發(fā)射電極從發(fā)射端口將信號(hào)發(fā)出；電流檢測(cè)電路、電壓檢測(cè)電路均從超級(jí)電容器組能量轉(zhuǎn)換電路接入，反饋送至控制電路中央處理單元，提供的信號(hào)均用于實(shí)時(shí)控制； 系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)組為系統(tǒng)提供功率為30 75KVA，電壓為380V的3相不穩(wěn)定電源，電源經(jīng)過(guò)整流橋整流濾波獲得功率30 75KVA，電壓為500V的單相穩(wěn)定直流電源；系統(tǒng)通過(guò)控制單元對(duì)超級(jí)電容器組能量轉(zhuǎn)換電路中的IGBT進(jìn)行時(shí)序控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容器組的充放電，充電使超級(jí)電容器組兩端電壓到達(dá)500v，之后實(shí)現(xiàn)電源和超級(jí)電容器組的并聯(lián)使用，通過(guò)逆變橋發(fā)射電路，獲得功率為60 150KVA，電壓為IOOOv的發(fā)射信號(hào)，通過(guò)電極組件向外發(fā)射信號(hào)；系統(tǒng)對(duì)超級(jí)電容器組能量轉(zhuǎn)換電路中電流、電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并反饋至中央處理單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于超級(jí)電容器儲(chǔ)能的電磁勘探系統(tǒng)發(fā)射方法，該發(fā)明包括1個(gè)發(fā)電機(jī)組、1個(gè)整流濾波電路、1個(gè)超級(jí)電容器組能量轉(zhuǎn)換電路、1個(gè)逆變橋發(fā)射電路、1個(gè)電壓檢測(cè)電路、1個(gè)電流檢測(cè)電路、1個(gè)控制電路及發(fā)射電極組件；其中發(fā)電機(jī)組為系統(tǒng)提供3相電源；整流濾波電路實(shí)現(xiàn)電源AC-DC轉(zhuǎn)換，給系統(tǒng)提供穩(wěn)定直流母線電壓，便于電容器組在工作中進(jìn)行充放電；超級(jí)電容器組能量轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)和釋放；逆變橋發(fā)射電路實(shí)現(xiàn)DC-AC轉(zhuǎn)換，將信號(hào)發(fā)射出去；電流、電壓檢測(cè)電路實(shí)現(xiàn)輸出電流、電壓的實(shí)時(shí)檢測(cè)，為控制電路提供實(shí)時(shí)信號(hào)；控制電路是一個(gè)中央處理單元，實(shí)現(xiàn)PWM控制，以獲取穩(wěn)定、可靠的發(fā)射信號(hào)；電極是系統(tǒng)信號(hào)發(fā)射口。
文檔編號(hào)G01V3/00GK103207411SQ201310084468
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月15日
發(fā)明者張一鳴, 曾志輝, 陶海軍, 王旭紅, 馮金蘭 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)