城市地下空间快速高精度拖曳式阵列电磁探测装置及探测方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及地球物理电磁探测领域，为一种城市地下空间快速高精度拖曳式阵列电磁探测装置及探测方法。包括:主控模块，四组发射电路以及接收电路；其中发射电路包括有发射线圈，组发射电路的发射线圈形成阵列式排列，通过主控模块控制发射激发电流；接收电路包括与发射线圈数量相同的独立的接收线圈以及一个公共的接收线圈，分接收线圈置于对应的发射线圈内，公共的一个接收线圈位于四个发射线圈的中心位置；主控模块控制每路发射电路同步激发，独立的接收线圈与公共的接收线圈均进行信号采集，或控制每一路发射电路独立循环工作，通过相对应的分接收线圈获取四个探测结果。解决存在探测效率和信噪比低、盲区大、最大深度有限以及精度差等问题。

【技术实现步骤摘要】
城市地下空间快速高精度拖曳式阵列电磁探测装置及探测方法
本专利技术涉及地球物理电磁探测
，具体地来讲为一种城市地下空间快速高精度拖曳式阵列电磁探测装置及探测方法。
技术介绍
随着城镇化发展，地面空间有限，发展城市地下空间依然成为了一种趋势。发达国家和国内一线城市的地下空间有了较好应用，如建设地下交通、地下商场等。但在开发地下空间过程中也出现了突水、管道泄漏、破坏地基的危险情况。因此，物探先行，利用地球物理方法先行对城市地下空间进行非侵害性扫描式探测，描绘地下介质分布情况具有重要意义。电磁法作为一种典型的地球物理方法，与探地雷达、浅层地震等方法相比，在城市地下空间探测中具有探测深度大、工作便捷等优点。然而，传统地面瞬变电磁装置多是采用单一发射线圈，人工移动式探测，存在探测效率和信噪比低、盲区大、最大深度有限以及精度差等问题，尤其在城市环境中电磁噪声干扰严重，信号常常淹没在噪声中导致仪器无法可靠有效工作。因此，研究具有高信噪比、高效率、宽探测范围和高探测精度的移动式电磁探测技术具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于一方面提供一种城市地下空间快速高精度拖曳式阵列电磁探测装置，另一方面提供一种城市地下空间快速高精度拖曳式阵列电磁探测方法。解决存在探测效率和信噪比低、盲区大、最大深度有限以及精度差等问题。本专利技术是这样实现的，城市地下空间快速高精度拖曳式阵列电磁探测装置，该装置包括：主控模块，四组发射电路以及接收电路；其中所述发射电路包括有发射线圈，所述组发射电路的发射线圈形成阵列式排列，通过主控模块控制发射激发电流；所述接收电路包括与发射线圈数量相同的分接收线圈以及一个公共接收线圈，所述分接收线圈置于对应的发射线圈内，所述公共接收线圈位于四个发射线圈的中心位置；所述主控模块控制每路发射电路同步激发，分接收线圈与公共接收线圈均进行信号采集，或控制每一路发射电路独立循环工作，通过相对应的分接收线圈获取四个探测结果。进一步地，所述发射电路还包括：驱动模块，H桥斩波模块以及DC-DC变换器模块，所述主控模块产生频率和占空比可调的多路PWM信号，PWM信号通过驱动模块控制H桥斩波模块，使得发射线圈产生激发磁场，所述DC-DC变换器模块通过主控模块控制，输出可调电流，为发射线圈提供电源。进一步地，所述发射电路还包括：每一路发射线圈对应一个电流传感器，当处于发射同步激发时，主控模块根据每一路发射线圈的电流传感器采集的电流值对每路DC-DC变换器模块进行微调。进一步地，所述接收电路还包括：多通道信号调理、A/D采集模块以及工控机模块，其中，主控模块与工控机模块进行通讯，主控模块通过工控机模块向多通道信号调理及A/D采集模块提供同步触发信号，并通过工控机模块完成对发射频率、占空比、激发电流、叠加次数和工作模式的设置，接收线圈接收的信号通过多通道信号调理及A/D采集模块输出至工控机模块。进一步地，所述主控模块通过电流传感器记录发射线圈的发射电流波形，包括上升沿、平顶和下降沿波形。进一步地，所述工控机模块进行人机交互，并控制多通道信号调理及A/D采集模块对接收线圈进行信号采集。进一步地，所述多通道信号调理及A/D采集模块包含五个独立的信号调理模块和五个独立的A/D采集通道，信号调理模块完成对信号的放大和硬件滤波；进一步地，所述发射线圈为参数完全相同的方形线圈，相邻两个发射线圈之间距离为0-10cm，对称铺设；接收线圈位于四个发射线圈的中心位置的间隙里或者，半覆盖发射线圈使得公共接收线圈覆盖在四个发射线圈上的面积相同。进一步地，所述发射线圈与接收线圈装载在一个移动平台上，发射和接收控制系统装载在拖曳车上，所述拖曳车拖拽移动平台。一种城市地下空间快速高精度拖曳式阵列电磁探测方法，所述方法包括如下步骤：步骤301，选定发射线圈和接收线圈尺寸后，通过工控机模块控制多通道信号调理及A/D采集模块测量工作环境噪声；步骤302，根据噪声情况，当噪声强度大于某一个固定值Vn，进行步骤303；当小于某一个固定值Vn时，进行步骤304；步骤303，设置移动方式为固定测点的断续测量、发射电流一个固定值C，C>30A、工作频率F、叠加次数M，M>100，进行步骤305；步骤304，设置移动方式为匀速连续测量、发射电流为30A、工作频率F>25Hz)叠加次数M<100、工作模式为四路发射同步激发，进行步骤311；步骤305，是否选择为每一路发射独立循环工作，若是，进行步骤306；否则，进行步骤307；步骤306，设置工作模式为每一路发射独立循环工作，启动工作，进行步骤308；步骤307，设置工作模式为四路发射同步激发，进行步骤308；步骤308，拖曳系统在预设测点工作，并根据设置启动工作，在每一个测点向发射回线提供阶跃电流，并采集感应电磁信号；步骤309，判断是否完成叠加次数，若是进入下一测点，进行310；否则，进行步骤308；步骤310，判断是否完成所有测点的探测，若是，工作结束；否则，进行308；步骤311，拖曳系统连续匀速运行，并根据设置启动工作，连续向发射回线提供阶跃电流，并采集感应电磁信号；步骤312，判断是否完成探测，若是，工作结束；否则，进行311。本专利技术与现有技术相比，有益效果在于：(1)本专利技术提供的城市地下空间快速高精度拖曳式阵列电磁探测装置及方法，采用四个阵列发射线圈在一个测点进行独立循环工作，一个测点获取四个探测结果，进行二维/三维反演，进一步提高测量效率和探测精度；(2)本专利技术提供的城市地下空间快速高精度拖曳式阵列电磁探测装置及方法，采用四个阵列发射线圈进行同步激发，可以使得激发场更均匀，且同样激发电流下产生更强得激发磁场，有效提高信噪比；另外，与相同等效面积的单一发射线圈相比，同步激发模式还可以有效拓展探测深度，减小盲区。(3)本专利技术提供的城市地下空间快速高精度拖曳式阵列电磁探测装置及方法，采用拖曳式移动探测方式，避免了人工铺设线圈单点测量的麻烦，提高了探测效率，拖曳探测系统尤其适用于在城市马路上对地下空间的高效探测工作。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1示出了本专利技术的一个实施例的城市地下空间快速高精度拖曳式阵列电磁探测装置的电路部分示意框图；图2示出了本专利技术的一个实施例的城市地下空间快速高精度拖曳式阵列电磁探测装置的整体示意框图；图3示出了本专利技术的一个实施例的城市地下空间快速高精度拖曳式阵列电磁探测方法的示意流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。参见图1和图2示出了本专利技术的一种城市地下空间快速高精度拖曳式阵列电磁探测装置的电路部分和整体示意框图；一种城市地下空间快速高精度拖曳式阵列电磁探测装置，该装置包括：主控模块1，第一驱动模块2，第一DC-DC变换器模块3，第一H桥斩波模块4，第二驱动模块5，第二DC-DC变换器模块6，第二H桥斩波模块7，第一发射线圈8，第一电流传感器模块9，第一接收线圈10，第二发射线圈11，第二电流传感器模块12，第二接收线圈13，第三发射线圈14，第三电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.城市地下空间快速高精度拖曳式阵列电磁探测装置，其特征在于，该装置包括：主控模块，四组发射电路以及接收电路；其中所述发射电路包括有发射线圈，所述组发射电路的发射线圈形成阵列式排列，通过主控模块控制发射激发电流；所述接收电路包括与发射线圈数量相同的独立的接收线圈以及一个公共的接收线圈，所述分接收线圈置于对应的发射线圈内，公共的一个接收线圈位于四个发射线圈的中心位置；所述主控模块控制每路发射电路同步激发，独立的接收线圈与公共的接收线圈均进行信号采集，或控制每一路发射电路独立循环工作，通过相对应的分接收线圈获取四个探测结果。

【技术特征摘要】
1.城市地下空间快速高精度拖曳式阵列电磁探测装置，其特征在于，该装置包括：主控模块，四组发射电路以及接收电路；其中所述发射电路包括有发射线圈，所述组发射电路的发射线圈形成阵列式排列，通过主控模块控制发射激发电流；所述接收电路包括与发射线圈数量相同的独立的接收线圈以及一个公共的接收线圈，所述分接收线圈置于对应的发射线圈内，公共的一个接收线圈位于四个发射线圈的中心位置；所述主控模块控制每路发射电路同步激发，独立的接收线圈与公共的接收线圈均进行信号采集，或控制每一路发射电路独立循环工作，通过相对应的分接收线圈获取四个探测结果。2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述发射电路还包括：驱动模块，H桥斩波模块以及DC-DC变换器模块，所述主控模块产生频率和占空比可调的多路PWM信号，PWM信号通过驱动模块控制H桥斩波模块，使得发射线圈产生激发磁场，所述DC-DC变换器模块通过主控模块控制，输出可调电流，为发射线圈提供电源。3.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述发射电路还包括：每一路发射线圈对应一个电流传感器，当处于发射同步激发时，主控模块根据每一路发射线圈的电流传感器采集的电流值对每路DC-DC变换器模块进行微调。4.按照权利要求3所述的装置，其特征在于，所述主控模块通过电流传感器记录发射线圈的发射电流波形，包括上升沿、平顶和下降沿波形。5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接收电路还包括：多通道信号调理、A/D采集模块以及工控机模块，其中，主控模块与工控机模块进行通讯，主控模块通过工控机模块向多通道信号调理及A/D采集模块提供同步触发信号，并通过工控机模块完成对发射频率、占空比、激发电流、叠加次数和工作模式的设置，接收线圈接收的信号通过多通道信号调理及A/D采集模块输出至工控机模块。6.按照权利要求5所述的装置，其特征在于，所述工控机模块进行人机交互，并控制多通道信号调理及A/D采集模块对接收线圈进行信号采集。7.按照权利要求5所述的装置，其特征在于，所述多通道信号调理及A/D采集模块包含五个独立的信号调理模块和五个独立的A/D采集...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洋，孙德立，于振洋，林婷婷，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22