超音频电磁发射的监控系统及使用方法

本发明涉及高分辨地球电磁特性综合测量领域，尤其涉及一种超音频电磁发射的监控系统及使用方法。

背景技术：

1、电磁探测方法技术是资源能源勘探的重要手段之一，近年来在地面电磁探测技术与装备逐渐打破国外垄断，特别是工作深度超过2km的仪器逐渐实现了国产化替代。但是中浅层电磁探测装备尚不能满足找矿、地下空间探测等需求，亟需突破超音频电磁发射技术，其中，超音频是指大于或等于10khz的频段。在设计超音频电磁发射机时，仍缺少合适的监控系统，对发射机中多模块的多参数进行高频监控，并对其中各模块进行统一控制；并且在野外进行电磁勘探工作时，缺少合适的评价系统对发射机的发射信号进行合理评价。

技术实现思路

1、本发明提供一种超音频电磁发射的监控系统及使用方法，其主要目的在于对超音频电磁发射仪器中各模块的多个参数进行监控，有效提高各模块的精确控制及保护。

2、第一方面，本发明实施例提供一种超音频电磁发射的监控系统，所述监控系统应用于超音频电磁发射仪器，所述超音频电磁发射仪器包括升压模块、逆变模块、自适应阻抗匹配模块和散热模块，所述自适应阻抗匹配模块用于连接发射天线，所述自适应阻抗匹配模块包括谐振电容组和可控电抗器，所述监控系统包括采集模块、主控模块和上位机；

3、所述采集模块包括第一采集单元、第二采集单元和第三采集单元，所述第一采集单元用于采集并监控所述升压模块的输出电压以及输入电流，所述第二采集单元用于采集并监控所述逆变模块的输出电压以及输入电流，所述第三采集单元用于采集并监控所述自适应阻抗匹配模块的输入电流以及输入电压；

4、所述主控模块用于根据采集到的所述升压模块的输出电压以及输入电流，对所述升压模块进行控制，并根据采集到的所述逆变模块的输出电压以及输入电流，对所述散热模块进行控制，还根据采集到的所述自适应阻抗匹配模块的输入电流以及输入电压，对所述自适应阻抗匹配模块进行控制；

5、所述上位机用于对所述采集模块采集的数据进行可视化处理。

6、进一步地，所述第一采集单元内包括模数转换器，所述第一采集单元的采样频率由所述模数转换器的分辨率和所述升压模块的输出电压以及输入电流的频率共同确定。

7、进一步地，所述采样频率包括预设低采样频率和满采样频率，所述第一采集单元用于通过预所述设低采样频率采集所述超音频电磁发射仪器的温度；

8、所述第一采集单元用于通过所述满采样频率采集所述升压模块的输入电流。

9、进一步地，所述第三采集单元还用于采集所述发射天线上的发射电流，并将所述发射电流传递至所述主控模块；

10、所述主控模块还用于根据所述发射电流，对所述升压模块中开关电路的占空比进行实时调整，从而实现保证所述自适应阻抗匹配模块输入电压的稳定。

11、进一步地，所述自适应阻抗匹配模块包括谐振电容组和可控电抗器，所述主控模块还用于根据采集的所述自适应阻抗匹配模块输入电压和输入电流，对所述可控电抗器以及所述谐振电容组进行控制，以提高所述发射电流的大小以及所述发射电流的频谱纯度。

12、进一步地，所述主控模块根据采集的所述自适应阻抗匹配模块输入电压和输入电流，通过测量该输入电压的频率、该输入电压和该输入电流之间的相位差，控制所述自适应阻抗匹配模块中投切相应的谐振电容；

13、并通过所述主控模块内的pid控制器，调整所述可控电抗器输出相应电感值，使该输入电压和该输入电流同相，并利用回路谐振提高所述发射电流的大小以及所述发射电流的频谱纯度。

14、进一步地，所述第三采集单元还用于当所述升压模块的输出电压大于预设电压阈值，或所述升压模块的输入电流大于预设电流阈值，或所述超音频电磁发射仪器的温度大于预设温度阈值，则与所述升压模块断开，以保证所述超音频电磁发射仪器的安全。

15、进一步地，所述上位机用于接收所述采集模块的数据，显示电流波形和电压波形，实现可视化工作；

16、并将所述发射天线上的所述发射电流与预定发射电流信号的频率、幅值以及波形进行比较，通过对所述发射电流做快速傅里叶变换并计算其总谐波失真，从而对所述发射电流进行评价。

17、进一步地，还包括电源模块，以为所述采集模块和所述主控模块供电。

18、第二方面，本发明实施例提供一种超音频电磁发射监控系统的使用方法，所述使用方法应用于超音频电磁发射仪器，所述超音频电磁发射仪器包括升压模块、逆变模块、自适应阻抗匹配模块、散热模块和发射天线，所述自适应阻抗匹配模块包括谐振电容组和可控电抗器，所述使用方法包括：

19、通过所述第一采集单元采集并监控所述升压模块的输出电压以及输入电流，通过所述第二采集单元采集并监控所述逆变模块的输出电压以及输入电流，通过所述第三采集单元采集并监控所述自适应阻抗匹配模块的输入电流以及输入电压；

20、通过所述主控模块根据采集到的所述升压模块的输出电压以及输入电流，对所述升压模块进行控制，并根据采集到的所述逆变模块的输出电压以及输入电流，对所述散热模块进行控制，还根据采集到的所述自适应阻抗匹配模块的输入电流以及输入电压，对所述自适应阻抗匹配模块进行控制；

21、通过所述上位机对所述采集模块采集的数据进行可视化处理。

22、本发明实施例提出的一种超音频电磁发射的监控系统及使用方法，通过对超音频电磁发射仪器中升压模块的输出电压以及输入电流、逆变模块的输出电压以及输入电流、自适应阻抗匹配模块的输入电流以及输入电压进行实施采集和监控，实现对各模块的精确控制及保护；并将采集模块采集的数据上传至上位机实现对信号的评价，有效解决了超音频电磁发射信号时多参数的监控，实现了对各模块的精确控制及保护和对发射信号的评价。

技术特征：

1.一种超音频电磁发射的监控系统，其特征在于，所述监控系统应用于超音频电磁发射仪器，所述超音频电磁发射仪器包括升压模块、逆变模块、自适应阻抗匹配模块和散热模块，所述自适应阻抗匹配模块用于连接发射天线，所述监控系统包括采集模块、主控模块和上位机；

2.根据权利要求1所述的超音频电磁发射的监控系统，其特征在于，所述第一采集单元内包括模数转换器，所述第一采集单元的采样频率由所述模数转换器的分辨率和所述升压模块的输出电压以及输入电流的频率共同确定。

3.根据权利要求2所述的超音频电磁发射的监控系统，其特征在于，所述采样频率包括预设低采样频率和满采样频率，所述第一采集单元用于通过预所述设低采样频率采集所述超音频电磁发射仪器的温度；

4.根据权利要求1所述的超音频电磁发射的监控系统，其特征在于，所述第三采集单元还用于采集所述发射天线上的发射电流，并将所述发射电流传递至所述主控模块；

5.根据权利要求4所述的超音频电磁发射的监控系统，其特征在于，所述自适应阻抗匹配模块包括谐振电容组和可控电抗器，所述主控模块还用于根据采集的所述自适应阻抗匹配模块输入电压和输入电流，对所述可控电抗器以及所述谐振电容组进行控制，以提高所述发射电流的大小以及所述发射电流的频谱纯度。

6.根据权利要求5所述的超音频电磁发射的监控系统，其特征在于，所述主控模块根据采集的所述自适应阻抗匹配模块输入电压和输入电流，通过测量该输入电压的频率、该输入电压和该输入电流之间的相位差，控制所述自适应阻抗匹配模块中投切相应的谐振电容；

7.根据权利要求5所述的超音频电磁发射的监控系统，其特征在于，所述第三采集单元还用于当所述升压模块的输出电压大于预设电压阈值，或所述升压模块的输入电流大于预设电流阈值，或所述超音频电磁发射仪器的温度大于预设温度阈值，则与所述升压模块断开，以保证所述超音频电磁发射仪器的安全。

8.根据权利要求1所述的超音频电磁发射的监控系统，其特征在于，所述上位机用于接收所述采集模块的数据，显示电流波形和电压波形，实现可视化工作；

9.根据权利要求1所述的超音频电磁发射的监控系统，其特征在于，还包括电源模块，以为所述采集模块和所述主控模块供电。

10.一种根据权利要求1-9任一项所述的超音频电磁发射监控系统的使用方法，其特征在于，所述使用方法应用于超音频电磁发射仪器，所述超音频电磁发射仪器包括升压模块、逆变模块、自适应阻抗匹配模块、散热模块和发射天线，所述自适应阻抗匹配模块包括谐振电容组和可控电抗器，所述使用方法包括：

技术总结本发明提出一种超音频电磁发射的监控系统及使用方法，监控系统包括采集模块、主控模块和上位机；采集模块包括第一采集单元、第二采集单元和第三采集单元，分别用于采集并监控升压模块的输出电压以及输入电流、逆变模块的输出电压以及输入电流、自适应阻抗匹配模块的输入电流以及输入电压；主控模块用于根据采集到的数据对各模块进行控制；上位机用于对采集模块采集的数据进行可视化处理。本发明实现对各模块的精确控制及保护；并将测量数据实时存储至存储模块，并将数据上传至上位机实现对发射信号的评价。技术研发人员：张魁元,杨树林,王猛,张荣薄,李飞受保护的技术使用者：中国地质大学（北京）技术研发日：技术公布日：2024/11/4