專利名稱:一種電磁法勘查的發(fā)送接收一體化方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種電磁發(fā)送和感應(yīng)式磁場探測一體化的方法及裝置,用于電磁法中
檢測目標(biāo)體感應(yīng)產(chǎn)生的二次場信號,適用于地球物理勘探、工程地質(zhì)勘探、地下軍事目標(biāo)探 測和無損檢測等領(lǐng)域。
背景技術(shù):
電磁法勘探目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于礦產(chǎn)勘探、工程地質(zhì)勘探、地下水資源、地下管線 和環(huán)境地質(zhì)勘探等領(lǐng)域,其中常用的有頻率域電磁法與時(shí)間域電磁法,采用電磁發(fā)送機(jī)產(chǎn) 生激勵一次場,通過接收機(jī)采集地質(zhì)體感應(yīng)的二次場,通過分析二次場探測地質(zhì)體結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)有技術(shù)存在的不足在于 (1)、發(fā)送線圈和接收線圈之間存在互感,接收線圈感應(yīng)到的信號不僅有二次場信 號,還混疊有一次場,存在一次場與二次場混疊問題; (2)、由于一次場信號幅值大,二次場幅值小,要在強(qiáng)一次場背景下分辨二次場是
非常困難的,存在接收信號動態(tài)范圍大,接收弱二次場信號困難的問題; (3)、常規(guī)小線框同點(diǎn)裝置發(fā)送和接收線圈匝數(shù)多,互感影響強(qiáng)烈,常規(guī)小線框同
點(diǎn)裝置難以得到實(shí)際應(yīng)用; (4)、通常,發(fā)送和接收是相對獨(dú)立的兩個(gè)系統(tǒng),相對位置不定,互感變化大,對信 號的畸變不確定,影響了數(shù)據(jù)校正,且使用不便。 如專利授權(quán)號為ZL200720151836. 7的"一種瞬變電磁儀",能夠在供電期間和關(guān) 斷后很短時(shí)間內(nèi)消除一次場的影響,但在開關(guān)切換后,互感依然存在,依然存在信號混疊問 題,另外,采用4個(gè)開關(guān),結(jié)構(gòu)復(fù)雜,開關(guān)的切換對接收信號會產(chǎn)生不良影響。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適用于電磁法勘查的發(fā)送接收一體化的方法及裝置,抵 消發(fā)送線圈和接收線圈之間的互感影響,達(dá)到消除一次場影響的目的。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的,本發(fā)明技術(shù)方案包括
1、該技術(shù)方案的方法按以下順序步驟進(jìn)行 (1)、首先,發(fā)送接收一體化系統(tǒng)包括3個(gè)線圈,1個(gè)發(fā)送線圈,2個(gè)接收線圈;將內(nèi) 接收線圈1置于發(fā)送線圈3內(nèi)部,外接收線圈2置于發(fā)送線圈3外部; (2)、然后,按內(nèi)接收線圈l逆時(shí)針繞制方式,確定內(nèi)接收線圈1的起點(diǎn)與終點(diǎn),按 外接收線圈2逆時(shí)針繞制方式,確定外接收線圈2的起點(diǎn)與終點(diǎn);將內(nèi)接收線圈1的終點(diǎn)與 外接收線圈2的起點(diǎn)連接,或?qū)?nèi)接收線圈1的起點(diǎn)與外接收線圈2的終點(diǎn)連接;
以下按照內(nèi)接收線圈1的終點(diǎn)與外接收線圈2的起點(diǎn)連接的方式進(jìn)行敘述;
(3)、發(fā)送線圈3電流i(t)參考方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向,設(shè)定內(nèi)接收線圈1的一次場磁 感應(yīng)強(qiáng)度的參考方向?yàn)橛杉埾蛲?,外接收線圈2的一次場磁感應(yīng)強(qiáng)度方向由紙向里;
計(jì)算在發(fā)送線圈3通以電流i(t)時(shí),通過內(nèi)接收線圈1的一次場磁通
同;
內(nèi)1臺^t 4;r ti^3L內(nèi)'
其中
N3 :發(fā)送線圈3的總匝數(shù),以下公式中出現(xiàn)的該符號其詞意相同; K :內(nèi)接收線圈1的總匝數(shù),以下公式中出現(xiàn)的該符號其詞意相同; k :發(fā)送線圈3的求和變量,以下公式中出現(xiàn)的該符號其詞意相同; i :內(nèi)接收線圈1的求和變量,以下公式中出現(xiàn)的該符號其詞意相同;
P 。真空磁導(dǎo)率,il 。 = 4X 10—7H/m,以下公式中出現(xiàn)的該符號其詞意相同; i(t):發(fā)送線圈3通過的電流,以下公式中出現(xiàn)的該符號其詞意相同;
9 ki :內(nèi)接收線圈1第i匝線圈平面與發(fā)送線圈3第k匝線圈法向方向的夾角; l3k :發(fā)送線圈3第k匝線圈的路徑,以下公式中出現(xiàn)的該符號其詞意相同;
Jf3yt :發(fā)送線圈3第k匝線圈上的線元矢量,以下公式中出現(xiàn)的該符號其詞意相
^rth :內(nèi)接收線圈1第i匝線圈平面某點(diǎn)與發(fā)送線圈3第k匝線圈線元矢量^/^ 之間相對位置矢量; Rrtki :內(nèi)接收線圈1第i匝線圈平面某點(diǎn)與發(fā)送線圈3第k匝線圈線元矢量t/J^ 之間相對位置矢量的模; Srti :內(nèi)接收線圈1第i匝線圈的平面范圍;
^內(nèi),內(nèi)接收線圈1第i匝線圈的平面面元矢量;
(4)、計(jì)算在發(fā)送線圈3通以電流i(t)時(shí),通過外接收線圈2的一次場磁通
—》》W'O) si,.) f x f
w外1 = ^ 1 ^ L d 3 氣
*由=1 4;r ^~/ 其中 N2 :外接收線圈2的總匝數(shù),以下公式中出現(xiàn)的該符號其詞意相同; j :外接收線圈2的求和變量,以下公式中出現(xiàn)的該符號其詞意相同; (Kj :外接收線圈2第j匝線圈平面與發(fā)送線圈3第k匝線圈法向方向的夾角; ^々卜& :外接收線圈2第j匝線圈平面某點(diǎn)與發(fā)送線圈3第k匝線圈線元矢量dJ^
之間相對位置矢量; j :外接收線圈2第j匝線圈平面某點(diǎn)與發(fā)送線圈3第k匝線圈線元矢量6/J^之
間相對位置矢量的模; S外j :外接收線圈2第j匝線圈的平面范圍;
G^外y :外接收線圈2第j匝線圈的平面面元矢量; (5)、通過調(diào)節(jié)內(nèi)接收線圈1和外接收線圈2的大小、匝數(shù)與相對位置,使
6<formula>formula see original document page 7</formula>
(6)、計(jì)算在二次場作用下,通過內(nèi)接收線圈1的磁通V rt2與通過外接收線圈2的
<formula>formula see original document page 7</formula>其中
B(t) :二次場磁感應(yīng)強(qiáng)度;
S :內(nèi)接收線圈1第i匝線圈的面積;
a i :內(nèi)接收線圈1第i匝線圈法向方向與二次場磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角 S2j :外接收線圈2第j匝線圈的面積;
P j :外接收線圈2第j匝線圈法向方向與二次場磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角; 應(yīng)用小回線裝置進(jìn)行探測,同一時(shí)刻,認(rèn)為通過接收線圈的二次場磁感應(yīng)強(qiáng)度大 小相等,方向相同; (7)、以外接收線圈2的終點(diǎn)為參考端,以下計(jì)算以此為標(biāo)準(zhǔn);
根據(jù)以下公式計(jì)算內(nèi)接收線圈i起點(diǎn)與終點(diǎn)間的感應(yīng)電壓UABa)<formula>formula see original document page 7</formula>QZ
U皿(t):內(nèi)接收線圈1起點(diǎn)與終點(diǎn)間的一次場感應(yīng)電壓; U^(t):內(nèi)接收線圈1起點(diǎn)與終點(diǎn)間的二次場感應(yīng)電壓;
(8)、根據(jù)以下公式計(jì)算外接收線圈2起點(diǎn)與終點(diǎn)間的感應(yīng)電壓uDC(t)
<formula>formula see original document page 7</formula> 其中 uDa a):外接收線圈2起點(diǎn)與終點(diǎn)間的一次場感應(yīng)電壓;
uDC2 (t):外接收線圈2起點(diǎn)與終點(diǎn)間的二次場感應(yīng)電壓; (9)、根據(jù)內(nèi)接收線圈1和外接收線圈2的連接方式,內(nèi)接收線圈1起點(diǎn)與終點(diǎn)間 的一次場感應(yīng)電壓與外接收線圈2起點(diǎn)與終點(diǎn)間的一次場感應(yīng)電壓方向相反,內(nèi)接收線圈 1起點(diǎn)與終點(diǎn)間的二次場感應(yīng)電壓與外接收線圈2起點(diǎn)與終點(diǎn)間的二次場感應(yīng)電壓方向相 同; 計(jì)算內(nèi)接收線圈1起點(diǎn)與外接收線圈2終點(diǎn)間的感應(yīng)電壓u(t)
fifr & A
根據(jù)方法步驟(4)中v ^ = _ v rtl得 2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁法勘查的發(fā)送接收一體化方法,其特征在于一 次場作用下,內(nèi)接收線圈1內(nèi)通過的磁通v&與外接收線圈2內(nèi)通過的磁通v^等值異 號;二次場作用下,內(nèi)接收線圈1內(nèi)通過的磁通v ^與外接收線圈2內(nèi)通過的磁通 同號。 3、根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種電磁法勘查的發(fā)送接收一體化方法,其特征在 于發(fā)送線圈3對內(nèi)接收線圈1的互感影響同發(fā)送線圈3對外接收線圈2的互感影響相互抵 消,即消除了內(nèi)接收線圈1與外接收線圈2的一次場。 4、一種電磁法勘查的發(fā)送接收一體化裝置,其特征在于該裝置包括內(nèi)接收線圈1、 外接收線圈2、發(fā)送線圈3、發(fā)送機(jī)4、信號調(diào)理電路5和接收機(jī)6,內(nèi)接收線圈1置于發(fā)送線 圈3的內(nèi)部,外接收線圈2置于發(fā)送線圈3的外部;發(fā)送機(jī)4的正、負(fù)輸出端與發(fā)送線圈3 的兩端分別連接,不分極性;內(nèi)接收線圈1的A端與信號調(diào)理電路5的正輸入端連接,內(nèi)接 收線圈1的B端與外接收線圈2的D端連接,外接收線圈2的C端與信號調(diào)理電路5的參 考端連接;信號調(diào)理電路的5的輸出端與接收機(jī)6的正輸入端連接,信號調(diào)理電路5的參考 端與接收機(jī)6的參考端連接。 5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種電磁法勘查的發(fā)送接收一體化裝置,其特征在于信 號調(diào)理電路5包括阻尼電阻Rq、電壓跟隨器A^運(yùn)算放大器4、輸入電阻&與反饋電阻R2 ; 阻尼電阻R。的一端與參考端連接,另一端與電壓跟隨器A的同向輸入端連接,電壓跟隨器 A的輸出端與它的反向輸入端連接;輸入電阻Ri的一端與電壓跟隨器的輸出端連接,另一 端與運(yùn)算放大器A2的反向輸入端連接;反饋電阻I^一端與運(yùn)算放大器A2的反向輸入端連 接,另一端與運(yùn)算放大器4的輸出端連接;運(yùn)算放大器^的同向輸入端同參考端連接,運(yùn)算 放大器A2的輸出端同接收機(jī)6的正輸入端連接。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,其技術(shù)效果是 (1)、采用雙接收線圈的方法,使發(fā)送線圈3對內(nèi)接收線圈1和外接收線圈2的互 感影響互相抵消,消除了常規(guī)接收線圈一次場和二次場的混疊現(xiàn)象; (2)、由于消除了常規(guī)接收線圈一次場和二次場混疊現(xiàn)象,接收信號動態(tài)范圍減 小,解決了接收弱二次場信號困難的問題; (3)、由于消除了常規(guī)小線框同點(diǎn)裝置互感影響,使小線框同點(diǎn)裝置易于應(yīng)用;
(4)、發(fā)送和接收線圈相對固定,消除了常規(guī)電磁法勘查裝置互感變化大的問題, 且易于設(shè)計(jì)為一體化系統(tǒng),使用方便。
圖1是本發(fā)明的組成框圖; 圖2是本發(fā)明組成框圖的電路原理 圖3是本發(fā)明計(jì)算一次場磁通的矢量圖; 圖4是本發(fā)明計(jì)算二次場磁通的矢量圖; 圖5是本發(fā)明螺旋線圈發(fā)送接收一體化裝置電路原理圖; 圖6是圖5中的發(fā)送線圈3通過的電流波形圖; 圖7是圖5中的內(nèi)接收線圈1的感應(yīng)電壓與外接收線圈2的感應(yīng)電壓波形圖; 圖8是圖5中的內(nèi)接收線圈1的感應(yīng)電壓與兩線圈間的感應(yīng)電壓波形圖; 圖9是圖5中的發(fā)送線圈3通過的電流波形圖; 圖10是圖5中的內(nèi)接收線圈1的感應(yīng)電壓與外接收線圈2的感應(yīng)電壓波形圖; 圖11是圖5中的內(nèi)接收線圈1的感應(yīng)電壓與兩線圈間的感應(yīng)電壓波形圖; 圖12是本發(fā)明方形線圈發(fā)送接收一體化裝置電路原理圖; 圖13是圖12中的發(fā)送線圈3通過的電流波形圖; 圖14是圖12中的內(nèi)接收線圈1的感應(yīng)電壓與外接收線圈2的感應(yīng)電壓波形圖; 圖15是圖12中的內(nèi)接收線圈1的感應(yīng)電壓與兩線圈間的感應(yīng)電壓波形圖。 在圖1中 1-內(nèi)接收線圈; 2-外接收線圈; 3-發(fā)送線圈; 4-發(fā)送機(jī); 5_信號調(diào)理電路; 6-接收機(jī)。 在圖2、圖5和圖12中: 1、2、3、4、5、6的含義和圖1中的1、2、3、4、5、6相同; 發(fā)送線圈1逆時(shí)針通過正向電流i (t),外接收線圈2區(qū)域中的符號'X '表示磁感應(yīng)強(qiáng)度方向?yàn)橛杉埾蚶?,?nèi)接收線圈1區(qū)域中的'參'表示磁感應(yīng)強(qiáng)度方向?yàn)橛杉埾蛲猓?u(t)為內(nèi)接收線圈l與外接收線圈2共同產(chǎn)生的感應(yīng)電壓;u。(t)為u(t)放大后
的電壓,其放大倍數(shù)為f 。
穴l 在圖3中: 發(fā)送線圈3第k匝線圈通過電流i(t)時(shí),計(jì)算內(nèi)接收線圈1的第i匝線圈與外接收線圈2的第j匝線圈通過一次場磁通的矢量圖; 其中 i (t):發(fā)送線圈3通過的電流; 9 ki :內(nèi)接收線圈1第i匝線圈平面與發(fā)送線圈3第k匝線圈法向方向的夾角; 131;:發(fā)送線圈3第k匝線圈的路徑; ^4^:發(fā)送線圈3第k匝線圈上的線元矢量; :內(nèi)接收線圈1第i匝線圈平面某點(diǎn)與發(fā)送線圈3第k匝線圈線元矢量t/J^
之間的相對位置矢量; (Kj :外接收線圈2第j匝線圈平面與發(fā)送線圈3第k匝線圈法向方向的夾角; 131;:發(fā)送線圈3第k匝線圈的路徑; t/fw:發(fā)送線圈3第k匝線圈上的線元矢量;
^卜^ :外接收線圈2第j匝線圈平面某點(diǎn)與發(fā)送線圈3第k匝線圈線元矢量t^^
之間的相對位置矢量。 在圖4中 左圖為計(jì)算內(nèi)接收線圈1第i匝線圈通過二次場磁通的矢量示意圖; 其中: B(t) :二次場磁感應(yīng)強(qiáng)度; S :內(nèi)接收線圈1第i匝線圈的面積; 1 :內(nèi)接收線圈1第i匝線圈的路徑; ^/:內(nèi)接收線圈1第i匝線圈的法向方向; a i :內(nèi)接收線圈1第i匝線圈法向方向與二次場磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角; 右圖為計(jì)算外接收線圈2第j匝線圈通過二次場磁通的矢量示意圖; 其中 B(t) :二次場磁感應(yīng)強(qiáng)度; S2j :外接收線圈2第j匝線圈的面積; l2j :外接收線圈2第j匝線圈的路徑; &y :外接收線圈2第j匝線圈的法向方向; |3 j :外接收線圈2第j匝線圈法向方向與二次場磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角。 在圖6中 橫軸為時(shí)間t,每格為5ms ;縱軸為電壓,每格為200mV ; 信號為實(shí)施例1中的發(fā)送電流,發(fā)送電流的頻率為32Hz,發(fā)送電流由電流傳感器測量得到,電流傳感器的轉(zhuǎn)換倍率為100mV/A,故發(fā)送電流峰值為7A。 在圖7中: 橫軸為時(shí)間t,每格為2ii s ;縱軸為電壓,每格為20V ; 上圖為實(shí)施例1中,發(fā)送電流i(t)正向關(guān)斷開始,內(nèi)接收線圈1的感應(yīng)電壓l^; 下圖為實(shí)施例1中,發(fā)送電流i(t)正向關(guān)斷開始,外接收線圈2的感應(yīng)電壓u。c。 在圖8中 上圖為實(shí)施例1中,發(fā)送電流i(t)正向下降關(guān)斷開始,內(nèi)接收線圈1的感應(yīng)電壓uBA ;其中橫軸為時(shí)間t,每格為2ii s,縱軸為電壓,每格為20V ; 下圖為實(shí)施例1中,發(fā)送電流i(t)正向下降關(guān)斷開始,內(nèi)接收線圈l和外接收線圈2串聯(lián)后輸出電壓u (t);其中橫軸為時(shí)間t,每格為2 ii s,縱軸為電壓,每格為IV。 在圖9中 橫軸為時(shí)間t,每格為5ms ;縱軸為電壓,每格為200mV ; 信號為實(shí)施例2中的發(fā)送電流,發(fā)送電流的頻率為50Hz,發(fā)送電流由電流傳感器測量得到,電流傳感器的轉(zhuǎn)換倍率為100mV/A,故發(fā)送電流峰值為4. 8A。 在圖10中: 橫軸為時(shí)間t,每格為5ms ;縱軸為電壓,每格為20mV ; 上圖為實(shí)施例2中,發(fā)送電流i(t)變化時(shí),內(nèi)接收線圈1的感應(yīng)電壓i^ ; 下圖為實(shí)施例2中,發(fā)送電流i(t)變化時(shí),外接收線圈2的感應(yīng)電壓u。c。
在圖11中: 上圖為實(shí)施例2中,發(fā)送電流i(t)變化時(shí),內(nèi)接收線圈1的感應(yīng)電壓i^;其中橫軸為時(shí)間t,每格為5ms,縱軸為電壓,每格為20mV ; 下圖為實(shí)施例2中,發(fā)送電流i(t)變化時(shí),內(nèi)接收線圈l和外接收線圈2串聯(lián)輸出電壓u(t)經(jīng)過100倍放大后輸出的電壓u。(t);其中橫軸為時(shí)間t,每格為5ms,縱軸為電壓,每格為20mV。
在圖13中: 橫軸為時(shí)間t,每格為5ms,縱軸為電壓,每格為100mV ; 信號為實(shí)施例3中的發(fā)送電流,發(fā)送電流的頻率為32Hz,發(fā)送電流由電流傳感器測量得到,電流傳感器的轉(zhuǎn)換倍率為100mV/A,故發(fā)送電流峰值為3A。
在圖14中 橫軸為時(shí)間t,每格為lii s,縱軸為電壓,每格為5V ; 上圖為實(shí)施例3中,發(fā)送電流i(t)正向關(guān)斷開始,內(nèi)接收線圈1的感應(yīng)電壓i^;
下圖為實(shí)施例3中,發(fā)送電流i(t)正向關(guān)斷開始,外接收線圈2的感應(yīng)電壓u。c。
在圖15中 上圖為實(shí)施例3中,發(fā)送電流i(t)正向下降關(guān)斷開始,內(nèi)接收線圈1的感應(yīng)電壓uBA ;其中橫軸為時(shí)間t,每格為1 i! s,縱軸為電壓,每格為5V ; 下圖為實(shí)施例3中,發(fā)送電流i(t)正向下降關(guān)斷開始,內(nèi)接收線圈l和外接收線圈2串聯(lián)輸出電壓u(t);其中橫軸為時(shí)間t,每格為liis,縱軸為電壓,每格為0.5V。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明將結(jié)合附圖作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例1 ,應(yīng)用于時(shí)間域電磁法,按以下順序步驟進(jìn)行 1、發(fā)送線圈3、內(nèi)接收線圈1與外接收線圈2的設(shè)計(jì) 按圖5所示,在平面選定中心點(diǎn)0,設(shè)計(jì)發(fā)送線圈3為18匝平面螺旋線圈,最內(nèi)線圈起始半徑為90. 875mm,其他線圈起始半徑依次增加3. 5mm,線寬為2. 5mm,線間距離為lmm 5 設(shè)計(jì)內(nèi)接收線圈1為12匝平面螺旋線圈,最內(nèi)線圈起始半徑為69. 5mm,最外線圈起始半徑為80. 5mm,線寬為0. 5mm,線間距離為0. 5mm ; 設(shè)計(jì)外接收線圈2為16個(gè)圓弧組成的扇環(huán),最外扇環(huán)內(nèi)半徑為158mm,外半徑為
220mm,分離處距離為lmm ;其他扇環(huán)內(nèi)半徑依次增加lmm,外半徑依次減少lmm,分離處距離
依次增加2mm ;其中線寬為0. 5mm,線間距離為0. 5mm ; 2、計(jì)算內(nèi)接收線圈1在一次場作用下通過的磁通V &
<formula>formula see original document page 11</formula> 得v內(nèi)工=2. 55300 X 10—5i (t) (Wb)
其中
同;
A :內(nèi)接收線圈1第i匝線圈的起始半徑;
Rk :發(fā)送線圈3第k匝線圈的起始半徑,以下公式中出現(xiàn)的該符號其詞意相同;X :內(nèi)接收線圈1第i匝線圈的起始半徑變量;
P :發(fā)送線圈3第k匝線圈電流經(jīng)過的弧度,以下公式中出現(xiàn)的該符號其詞意相
3、計(jì)算外接收線圈2在一次場作用下通過的磁通V
外〗
y外l =
g f /V.(0 (2,v — ~ ) w p (《—COS p)x
2
2取
內(nèi)J
「外y f2'
(x2 +《一 2WAx cos 一
器領(lǐng)lj量6 li S ;
-2. 55158X 10—5i(t) (Wb)
得V外丄其中
rrtj :外接收線圈2第j個(gè)扇環(huán)內(nèi)半徑;j :外接收線圈2第j個(gè)扇環(huán)外半徑;
X :外接收線圈2第j個(gè)扇環(huán)半徑變量;lj :外接收線圈2第j個(gè)扇環(huán)分離處距離;
4、 啟動發(fā)送機(jī),發(fā)送如圖6所示的雙極性方波電流,其中,電流波形由電流傳感得到,轉(zhuǎn)換倍率為100mV/A,故電流幅值為7A,根據(jù)圖7可知發(fā)送電流關(guān)斷時(shí)間為
5、 發(fā)送電流正向下降關(guān)斷期間,一次場感應(yīng)電壓的計(jì)算計(jì)算內(nèi)接收線圈1的一次場感應(yīng)電壓u皿
內(nèi)i
0 — 2.55300x10—、7
觀
6x10
-6
=—29.7 (7)
計(jì)算外接收線圈2的-—#外1 —
-次場感應(yīng)電壓uDC1
0+2.55158xl0_5x7)
DC1
=29.7 (7)
6x10—° 比較可得,內(nèi)接收線圈1的一次場感應(yīng)電壓與外接收線圈2的一次場感應(yīng)電壓大小相等,方向相反; 如圖8所示,上圖為內(nèi)接收線圈l產(chǎn)生的感應(yīng)電壓,下圖為內(nèi)接收線圈l與外接收線圈2串聯(lián)輸出的電壓u(t); 通過比較,在電流關(guān)斷期間,本發(fā)明裝置接收到的信號遠(yuǎn)小于單個(gè)接收線圈接收到的信號,消除了強(qiáng)一次場背景,達(dá)到有效接收由地下地質(zhì)體產(chǎn)生的二次場瞬變信號的目的。 實(shí)施例2,應(yīng)用于頻率域電磁法,按以下順序步驟進(jìn)行 1、采用實(shí)施例1設(shè)計(jì)的發(fā)送線圈3、內(nèi)接收線圈1與外接收線圈2,按實(shí)施例1的第2步得
2. 55300X 10—5i(t) (Wb)
按實(shí)施例1的第3步得
<formula>formula see original document page 13</formula> 2、啟動發(fā)送機(jī),發(fā)送如圖9所示的正弦電流,其中,電流波形由電流傳感器測量得到,轉(zhuǎn)換倍率為100mV/A,故電流峰值為4. 8A,其頻率為50Hz,可近似得正弦電流表達(dá)式
i(t) = 4. 8sin(100 Ji t) (A)3、計(jì)算內(nèi)接收線圈1的一次場感應(yīng)電壓uA
"週== 2.55300x i0—、 4.8x 一,)
得uAB1 = 38. 5cos (100 Ji t) (mV)計(jì)算外接收線圈2的一次場感應(yīng)電壓uDC1
-- -2.55158x 10-5 x 4.8 x闊,) 得uDC1 = -38. 5cos (100 Ji t) (mV) 比較可得,內(nèi)接收線圈1的一次場感應(yīng)電壓與外接收線圈2的一次場感應(yīng)電壓大小相等,方向相反; 如圖11所示,上圖為內(nèi)接收線圈1產(chǎn)生的感應(yīng)電壓,下圖為內(nèi)接收線圈1與外接收線圈2串聯(lián)輸出電壓u(t)經(jīng)過100倍放大后的電壓u。(t); 通過比較,在電流關(guān)斷期間,本發(fā)明裝置接收到的信號遠(yuǎn)小于單個(gè)接收線圈接收到的信號,消除了強(qiáng)一次場背景。 實(shí)施例3 ,應(yīng)用于時(shí)間域電磁法,按以下順序步驟進(jìn)行
1、發(fā)送線圈3、內(nèi)接收線圈1與外接收線圈2的設(shè)計(jì) 按圖12所示,在平面選定中心點(diǎn)O,設(shè)計(jì)發(fā)送線圈3為8匝正方形螺線管;正方形邊長為300mm,線寬為2mm,線間距離為3mm ; 設(shè)計(jì)內(nèi)接收線圈l為6匝正方形螺線管;正方形邊長為210mm,線寬為2mm,線間距離為1. 8mm ; 設(shè)計(jì)外接收線圈2為8個(gè)非閉合正方形組成的環(huán),內(nèi)環(huán)邊長為350mm,外環(huán)邊長為780mm ;其中線寬為2mm,線間距離為3mm,分離處距離為3mm ;
2、計(jì)算內(nèi)接收線圈1在一次場作用下通過的磁通V &
8 6 ^ ^ /VO)丄(^ —x)sec2^
w和=S E〈〉t<:^-;-一辦
1. 02430X 10—5i(t) (Wb)
其中
11:內(nèi)接收線圈1每匝線圈的邊長;
x :內(nèi)接收線圈1第i匝線圈平面某點(diǎn)的x坐標(biāo);
13
同;
同;
y :內(nèi)接收線圈1第i匝線圈平面某點(diǎn)的y坐標(biāo);z :內(nèi)接收線圈1第i匝線圈平面某點(diǎn)的z坐標(biāo);
Zk :發(fā)送線圈3第k匝線圈上某點(diǎn)的Z坐標(biāo),以下力、
x式中出現(xiàn)的該符號其詞意相
L :發(fā)送線圈3的邊長,以下公式中出現(xiàn)的該符號其詞意相同;
P :發(fā)送線圈3每匝線圈單邊電流經(jīng)過的弧度,以下公式中出現(xiàn)的該符號其詞意相
3、計(jì)算外接收線圈2在一次場作用下通過的磁通V
外〗
^卜1
4/2內(nèi)一/q
4/,
88 /2夕《
2內(nèi)
丄 2
//0/(0丄(--Jc)sec p
2>
88 ,
產(chǎn)^
4
器領(lǐng)lj量
w 2
得V外i = -1. 02355 X 10—5i (t) (Wb)其中
12々卜外接收線圈2的外邊邊長;1^:外接收線圈2的內(nèi)邊邊長;1。外接收線圈2分離處距離;
X :外接收線圈2第j匝線圈平面某點(diǎn)的X坐標(biāo);y :外接收線圈2第j匝線圈平面某點(diǎn)的y坐標(biāo);Z :外接收線圈2第j匝線圈平面某點(diǎn)的Z坐標(biāo);
4、啟動發(fā)送機(jī),發(fā)送如圖13所示的雙極性方波電流,其中,電流波形由電流傳感得到,轉(zhuǎn)換倍率為100mV/A,故電流幅值為2. 9A,根據(jù)圖14可知發(fā)送電流關(guān)斷時(shí)間為
1. 9il S ; 5、發(fā)送電流正向下降關(guān)斷期間,一次場感應(yīng)電壓的計(jì)算 計(jì)算內(nèi)接收線圈1的一次場感應(yīng)電壓u艦
d^內(nèi)i _ O — l.02430x10—5 x 2.9
觀
二一15.6
& 1.9x10—(
計(jì)算外接收線圈2的一次場感應(yīng)電壓uDC1
<formula>formula see original document page 15</formula> 比較可得,內(nèi)接收線圈1的一次場感應(yīng)電壓與外接收線圈2的一次場感應(yīng)電壓大小相等,方向相反,實(shí)現(xiàn)了消除一次場信號的目的; 如圖15所示,上圖為內(nèi)接收線圈1產(chǎn)生的感應(yīng)電壓波形,下圖為內(nèi)接收線圈1與外接收線圈2串聯(lián)輸出的電壓u(t); 通過比較,在電流關(guān)斷期間,本發(fā)明裝置接收到的信號遠(yuǎn)小于單個(gè)接收線圈接收到的信號,消除了強(qiáng)一次場背景,達(dá)到有效接收由地下地質(zhì)體產(chǎn)生的早期二次場瞬變信號的目的。 本發(fā)明技術(shù)方案不僅適用于地球物理勘探、工程地質(zhì)勘探、而且還適用于探測地下軍事目標(biāo)和無損檢測等領(lǐng)域。
權(quán)利要求
一種電法勘查的發(fā)送接收一體化方法,其特征在于該方法按以下順序步驟進(jìn)行(1)、首先,發(fā)送接收一體化系統(tǒng)包括3個(gè)線圈,1個(gè)發(fā)送線圈,2個(gè)接收線圈;將內(nèi)接收線圈1置于發(fā)送線圈3內(nèi)部,外接收線圈2置于發(fā)送線圈3外部;(2)、然后,按內(nèi)接收線圈1逆時(shí)針繞制方式,確定內(nèi)接收線圈1的起點(diǎn)與終點(diǎn),按外接收線圈2逆時(shí)針繞制方式,確定外接收線圈2的起點(diǎn)與終點(diǎn);將內(nèi)接收線圈1的終點(diǎn)與外接收線圈2的起點(diǎn)連接,或?qū)?nèi)接收線圈1的起點(diǎn)與外接收線圈2的終點(diǎn)連接;以下按照內(nèi)接收線圈1的終點(diǎn)與外接收線圈2的起點(diǎn)連接的方式進(jìn)行敘述;(3)、發(fā)送線圈3電流i(t)參考方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向,設(shè)定內(nèi)接收線圈1的一次場磁感應(yīng)強(qiáng)度的參考方向?yàn)橛杉埾蛲猓饨邮站€圈2的一次場磁感應(yīng)強(qiáng)度方向由紙向里;計(jì)算在發(fā)送線圈3通以電流i(t)時(shí),通過內(nèi)接收線圈1的一次場磁通ψ內(nèi)1其中N3發(fā)送線圈3的總匝數(shù),以下公式中出現(xiàn)的該符號其詞意相同;N1內(nèi)接收線圈1的總匝數(shù),以下公式中出現(xiàn)的該符號其詞意相同;k發(fā)送線圈3的求和變量,以下公式中出現(xiàn)的該符號其詞意相同;i內(nèi)接收線圈1的求和變量,以下公式中出現(xiàn)的該符號其詞意相同;μ0真空磁導(dǎo)率,μ0=4π×10-7H/m,以下公式中出現(xiàn)的該符號其詞意相同;i(t)發(fā)送線圈3通過的電流,以下公式中出現(xiàn)的該符號其詞意相同;θki內(nèi)接收線圈1第i匝線圈平面與發(fā)送線圈3第k匝線圈法向方向的夾角;l3k發(fā)送線圈3第k匝線圈的路徑,以下公式中出現(xiàn)的該符號其詞意相同;發(fā)送線圈3第k匝線圈上的線元矢量,以下公式中出現(xiàn)的該符號其詞意相同;內(nèi)接收線圈1第i匝線圈平面某點(diǎn)與發(fā)送線圈3第k匝線圈線元矢量之間的相對位置矢量;R內(nèi)ki內(nèi)接收線圈1第i匝線圈平面某點(diǎn)與發(fā)送線圈3第k匝線圈線元矢量之間的相對位置矢量的模;S內(nèi)i內(nèi)接收線圈1第i匝線圈的平面范圍;內(nèi)接收線圈1第i匝線圈的平面面元矢量;(4)、計(jì)算在發(fā)送線圈3通以電流i(t)時(shí),通過外接收線圈2的一次場磁通ψ外1其中N2外接收線圈2的總匝數(shù),以下公式中出現(xiàn)的該符號其詞意相同;j外接收線圈2的求和變量,以下公式中出現(xiàn)的該符號其詞意相同;φkj外接收線圈2第j匝線圈平面與發(fā)送線圈3第k匝線圈法向方向的夾角;外接收線圈2第j匝線圈平面某點(diǎn)與發(fā)送線圈3第k匝線圈線元矢量之間的相對位置矢量;R外j外接收線圈2第j匝線圈平面某點(diǎn)與發(fā)送線圈3第k匝線圈線元矢量之間的相對位置矢量的模;S外j外接收線圈2第j匝線圈的平面范圍;外接收線圈2第j匝線圈的平面面元矢量;(5)、通過調(diào)節(jié)內(nèi)接收線圈1和外接收線圈2的大小、匝數(shù)與相對位置,使ψ內(nèi)1=-ψ外1(6)、計(jì)算在二次場作用下,通過內(nèi)接收線圈1的磁通ψ內(nèi)2與通過外接收線圈2的磁通ψ外2其中B(t)二次場磁感應(yīng)強(qiáng)度;S1i內(nèi)接收線圈1第i匝線圈的面積;αi內(nèi)接收線圈1第i匝線圈法向方向與二次場磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角;S2j外接收線圈2第j匝線圈的面積;βj外接收線圈2第j匝線圈法向方向與二次場磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角;應(yīng)用小回線裝置進(jìn)行探測,同一時(shí)刻,認(rèn)為通過接收線圈的二次場磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,方向相同;(7)、以外接收線圈2的終點(diǎn)為參考端,以下計(jì)算以此為標(biāo)準(zhǔn);根據(jù)以下公式計(jì)算內(nèi)接收線圈1起點(diǎn)與終點(diǎn)間的感應(yīng)電壓uAB(t)其中uAB1(t)內(nèi)接收線圈1起點(diǎn)與終點(diǎn)間的一次場感應(yīng)電壓;uAB2(t)內(nèi)接收線圈1起點(diǎn)與終點(diǎn)間的二次場感應(yīng)電壓;(8)、根據(jù)以下公式計(jì)算外接收線圈2起點(diǎn)與終點(diǎn)間的感應(yīng)電壓uDC(t)其中uDC1(t)外接收線圈2起點(diǎn)與終點(diǎn)間的一次場感應(yīng)電壓;uDC2(t)外接收線圈2起點(diǎn)與終點(diǎn)間的二次場感應(yīng)電壓;(9)、根據(jù)內(nèi)接收線圈1和外接收線圈2的連接方式,內(nèi)接收線圈1起點(diǎn)與終點(diǎn)間的一次場感應(yīng)電壓與外接收線圈2起點(diǎn)與終點(diǎn)間的一次場感應(yīng)電壓方向相反,內(nèi)接收線圈1起點(diǎn)與終點(diǎn)間的二次場感應(yīng)電壓與外接收線圈2起點(diǎn)與終點(diǎn)間的二次場感應(yīng)電壓方向相同;計(jì)算內(nèi)接收線圈1起點(diǎn)與外接收線圈2終點(diǎn)間的感應(yīng)電壓u(t)根據(jù)方法步驟(4)中ψ外1=-ψ內(nèi)1得FSA00000045159800011.tif,FSA00000045159800021.tif,FSA00000045159800022.tif,FSA00000045159800023.tif,FSA00000045159800024.tif,FSA00000045159800025.tif,FSA00000045159800026.tif,FSA00000045159800027.tif,FSA00000045159800028.tif,FSA00000045159800031.tif,FSA00000045159800032.tif,FSA00000045159800033.tif,FSA00000045159800034.tif,FSA00000045159800041.tif,FSA00000045159800042.tif,FSA00000045159800043.tif,FSA00000045159800044.tif
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁法勘查的發(fā)送接收一體化方法,其特征在于一次場 作用下,內(nèi)接收線圈1內(nèi)通過的磁通V rt工與外接收線圈2內(nèi)通過的磁通V ^等值異號;二 次場作用下,內(nèi)接收線圈l內(nèi)通過的磁通V^與外接收線圈2內(nèi)通過的磁通¥々卜2同號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種電磁法勘查的發(fā)送接收一體化方法,其特征在于發(fā) 送線圈3對內(nèi)接收線圈1的互感影響同發(fā)送線圈3對外接收線圈2的互感影響 相互抵消, 即消除了內(nèi)接收線圈1與外接收線圈2的一次場。
4. 一種電磁法勘查的發(fā)送接收一體化裝置,其特征在于該裝置包括內(nèi)接收線圈1、外 接收線圈2、發(fā)送線圈3、發(fā)送機(jī)4、信號調(diào)理電路5和接收機(jī)6,內(nèi)接收線圈1置于發(fā)送線圈 3的內(nèi)部,外接收線圈2置于發(fā)送線圈3的外部;發(fā)送機(jī)4的正、負(fù)輸出端與發(fā)送線圈3的 兩端分別連接,不分極性;內(nèi)接收線圈1的A端與信號調(diào)理電路5的正輸入端連接,內(nèi)接收 線圈1的B端與外接收線圈2的D端連接,外接收線圈2的C端與信號調(diào)理電路5的參考 端連接;信號調(diào)理電路的5的輸出端與接收機(jī)6的正輸入端連接,信號調(diào)理電路5的參考端 與接收機(jī)6的參考端連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種電磁法勘查的發(fā)送接收一體化裝置,其特征在于信號調(diào) 理電路5包括阻尼電阻R。、電壓跟隨器Ap運(yùn)算放大器4、輸入電阻&與反饋電阻R2 ;阻尼 電阻R。的一端與參考端連接,另一端與電壓跟隨器A的同向輸入端連接,電壓跟隨器^的 輸出端與它的反向輸入端連接;輸入電阻Ri的一端與電壓跟隨器的輸出端連接,另一端與 運(yùn)算放大器4的反向輸入端連接;反饋電阻I^一端與運(yùn)算放大器4的反向輸入端連接,另 一端與運(yùn)算放大器A2的輸出端連接;運(yùn)算放大器^的同向輸入端同參考端連接,運(yùn)算放大 器4的輸出端同接收機(jī)6的正輸入端連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電法勘查的發(fā)送接收一體化的方法與裝置。該發(fā)明適用于地球物理勘探、工程地質(zhì)勘探、地下軍事目標(biāo)探測和無損檢測等領(lǐng)域。該發(fā)明技術(shù)方案其方法是在發(fā)送線圈3內(nèi)部設(shè)置內(nèi)接收線圈1,在發(fā)送線圈3外部設(shè)置外接收線圈2,使在一次場作用下,通過內(nèi)接收線圈1和外接收線圈2的磁通等值異號,一次場感應(yīng)電壓互相抵消,僅輸出二次場信號;其裝置包括發(fā)送機(jī)4、發(fā)送線圈3、內(nèi)接收線圈1、外接收線圈2、信號調(diào)理電路5和接收機(jī)6,內(nèi)接收線圈1與外接收線圈2連接,線圈1與線圈2再與信號調(diào)理電路5連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是消除了一次場影響,減小了信號動態(tài)范圍,擴(kuò)大了小線框同點(diǎn)裝置實(shí)用性,實(shí)現(xiàn)了發(fā)送接收線圈的一體化。
文檔編號G01V3/10GK101776770SQ20101011453
公開日2010年7月14日 申請日期2010年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月26日
發(fā)明者付志紅, 張淮清, 王勇, 蘇向豐, 陳文斌 申請人:重慶大學(xué)