一种基于宽带阻抗匹配网络的海洋频域电磁发射电路

本发明属于电磁探测，具体地而言为一种基于宽带阻抗匹配网络的海洋频域电磁发射电路。

背景技术：

1、电磁探测广泛应用于地质勘察、环境监测、城市地下管道探查等领域。海洋频率域电磁探测系统基本由发射系统、接收系统和信号处理系统三部分组成。电磁探测主要是利用物体电导率之间的物性差异识别地质信息探测异常体。发射系统负责发射电流到负载线圈上产生一次场，接收系统采集由电性异常体产生的二次场，最后由信号处理系统绘制出地质信息。发射电流对于探测效果的影响很大。由于存在环境噪声，如果发射电流能量较小就使得采集到的信号幅值过小，信噪比低，无法得到有效数据会导致探测效果很差，工作效率降低。而海洋频率域电磁发射系统由于发射线圈呈现感性，电流频率越高，电感对于电流能量的抑制越严重，电流幅值也就越小。因此，提升电流能量是十分必要的。目前提升电流能量有两种方法，第一种方法是提高发射系统的输入电压，然而这对于电流能量的提升非常有限，并且对于仪器的性能要求大大提高。这种方法缺陷较大，不宜采用。第二种方法是在负载前端加入阻抗匹配网络减小电感的抑制作用增大电流能量，这种方法应用较为广泛。

2、然而在电磁探测中，通常需要获取多个地层信息才能有较好的探测效果,效率更高。根据趋肤深度理论，不同的频率对应着不同的地层深度，想要获得多个地层信息也就意味着需要发射多个频率。因此加入单个固定电容的方案不能满足探测需求。对于多个固定电容的阻抗匹配网络，使用开关投切的方式切换不同的电容。这种方式能够获得多个地层信息得到较好的探测效果，然而这种方式属于有级调节，在切换时存在过电压的情况，并且只能对应提升几个频点的能量。针对电磁探测的特点，对于三频谐振电路，发射三频伪随机信号，使三个频点同时谐振提升电流能量，然而这也只能提升固定的三个频点的能量。以上方法只是对于某几个固定频点的发射电流有能量提升效果，而无法使得某一频率范围内的电流能量都可以得到提升，阻抗匹配频率固定，灵活度受到限制。

技术实现思路

1、针对现有技术中的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于宽带阻抗匹配网络的海洋频域电磁发射电路。

2、本发明是这样实现的，

3、一种基于宽带阻抗匹配网络的海洋频域电磁发射电路，该电路包括：

4、直流电源、逆变桥以及阻抗匹配网络，其中，通过接入工频交流电再经过整流单元得到直流电源；逆变桥包括两个桥臂构成，两个同向串联的igbt组成一个桥臂，通过直流电源提供电能；宽带阻抗匹配网络由一个电感l1、一个电容c1和四个igbt组成，其中两个igbt反向串联组成一个理想开关，四个igbt形成理想开关k1和理想开关k2，理想开关k2与电感并联后与理想开关k1串联，两个理想开关和电感组成igbt控制可调电抗器，可调电抗器与电容c1并联构成宽带阻抗匹配网络，通过控制宽带阻抗匹配网络中的igbt的占空比来控制可调电抗器的阻抗，进而改变宽带阻抗匹配网络的阻抗。

5、进一步地，电容c1值选自发射频率范围内的最小频率对应的宽带阻抗匹配网络的等效电容值，所述宽带阻抗匹配网络的等效电容值：式中ceq为等效电容值，f是发射频率，选择频率范围的下限，l0是发射线圈电感值，l是等效电感值。

6、进一步地，电感l1的计算方法为：其中，ρ是电路中有电流通过的时间在周期内的占比，即为理想开关k1的占空比，f选择频率范围的上限。

7、进一步地，所述发射频率的取值范围为500～1000hz。

8、本发明与现有技术相比，有益效果在于：

9、本发明以克服海洋频率域电磁探测中电阻电感负载对高频信号能量的抑制问题。通过选择发射频率、电容以及电感大小，减少电路的寄生参数以及占空比范围的选择影响。可以很好地增强宽带频段的电流幅值，并显著降低高频下对感性无功功率的抑制。与固定电容阻抗匹配相比，宽带icsc在匹配所需频率方面更加灵活。所需的频率。在所需的500～1000hz发射频段内，它能有效增强市电频率电流强度17.6％以上。

技术特征：

1.一种基于宽带阻抗匹配网络的海洋频域电磁发射电路，其特征在于，该电路包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于宽带阻抗匹配网络的海洋频域电磁发射电路，其特征在于，电容c1值选自发射频率范围内的最小频率对应的宽带阻抗匹配网络的等效电容值，所述宽带阻抗匹配网络的等效电容值：式中ceq为等效电容值，f是发射频率，选择频率范围的下限，l0是发射线圈电感值，l是等效电感值。

3.根据权利要求2所述的一种基于宽带阻抗匹配网络的海洋频域电磁发射电路，其特征在于，电感l1的计算方法为：其中，ρ是电路中有电流通过的时间在周期内的占比，即为理想开关k1的占空比，f选择频率范围的上限。

4.根据权利要求3所述的一种基于宽带阻抗匹配网络的海洋频域电磁发射电路，其特征在于，所述发射频率的取值范围为500～1000hz。

技术总结本发明属于电磁探测技术领域，为一种基于宽带阻抗匹配网络的海洋频域电磁发射电路，包括：直流电源、逆变桥以及阻抗匹配网络，逆变桥包括两个桥臂构成，两个同向串联的IGBT组成一个桥臂；宽带阻抗匹配网络由一个电感L<subgt;1</subgt;、一个电容C<subgt;1</subgt;和四个IGBT组成，其中两个IGBT反向串联组成一个理想开关，四个IGBT形成理想开关K<subgt;1</subgt;和理想开关K<subgt;2</subgt;，组成可调电抗器，可调电抗器与电容C<subgt;1</subgt;并联构成宽带阻抗匹配网络，通过控制宽带阻抗匹配网络中的IGBT的占空比来控制可调电抗器的阻抗，进而改变宽带阻抗匹配网络的阻抗。可以很好地增强宽带频段的电流幅值，并显著降低高频下对感性无功功率的抑制。技术研发人员：于生宝,杨成龙,王贺,庞笑雨,张昕昊,孙悦受保护的技术使用者：吉林大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16