一种瞬变电磁探测装置及消除电感干扰的方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种瞬变电磁探测装置及消除电感干扰的方法。探测装置包括线圈装置和框架载体，其中线圈装置包括双发射线圈、接收线圈、线圈固定架。双发射线圈包括相互平行但不共面且任意通电时刻在各自线圈中心能产生反向磁场的第一、第二发射线圈；接收线圈安装在双发射线圈之间，间距以早期信号不超幅为约束；线圈固定架上设有与双发射线圈平行且能带动线圈装置翻转的旋转轴，旋转轴上设有非金属手柄。消除电感干扰的方法通过将探测装置中的发射线圈贴近并使其法线垂直于待测区域，在同一位置点测量线圈装置翻转180°前后的信号并进行差值处理。本发明专利技术能够使早期信号不超幅，通过消除电感干扰能够获取全程二次场信号，并增强分辨效果。

【技术实现步骤摘要】
一种瞬变电磁探测装置及消除电感干扰的方法
本专利技术涉及瞬变电磁勘探
，具体涉及一种基于双发射线圈的瞬变电磁探测装置及消除电感干扰的应用方法。
技术介绍
瞬变电磁法已发展成为一种比较成熟物探方法，可广泛应用于资源勘探，矿山、水利、交通等领域的地质勘查，近年来在浅层精细探查方面的应用已逐渐成为热点。为提升横向分辨率及施工便捷性，常采用多匝小回线装置。然而由于线圈为非纯电阻性负载，这将导致：受发射线圈感抗影响，激励电流并非理想的阶跃波形，而存在一定的关断时间，为了便于研究分析将关断期定义为“感应段”，关断以后定义为“衰减段”；激励电流关断时，受发射、接收线圈的互感作用，接收线圈的自感及其过渡过程等因素影响，所观测到的信号，尤其是早期信号发生畸变而失真，造成浅部探测盲区，影响分辨能力，给资料的处理解释带来极大困扰。经研究发现，发射、接收线圈互感作用引起的一次场干扰对于早期信号失真影响最大，由于其响应非常强、仪器测量范围有限，造成信号超幅，更加剧了信号畸变程度，不能加以利用，其次是接收线圈自感作用的影响。为削弱线圈互感和自感(合称电感)对测量信号畸变的影响，现有主要应对方法及其不足之处如下：(1)采用发射、接收分离装置，虽然在一定程度上能够降低线圈互感影响，但效果有限，同时装置耦合效果变差，响应信号变弱且异常特征相对复杂，横向分辨率降低；(2)通过观测全程瞬变响应和记录激励电流波形，结合理论推导进行数值计算，求取一次场干扰，再将其从实测总场中剔除或校正，但由于理论计算与实际的偏差造成校正结果可信度较差，同时要保证仪器具有全程观测功能，并且确保早期信号不能超幅；(3)采用磁抵消线圈降低一次场的影响，该技术不仅对线圈装置要求苛刻，同时一次场空间分布复杂，易引入新的干扰。上述方法在可行性、抑制效果方面还存在诸多问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于线圈电感干扰影响常造成瞬变电磁测量信号尤其是早期信号发生畸变而失真，早期信号超幅更加剧了畸变程度，从而难以获取地质体的全程二次场感应信号，致使分辨效果及精度变差且存在探测盲区。本专利技术采用以下技术手段解决上述技术问题：一种瞬变电磁探测装置，包括线圈装置，线圈装置包括能带动线圈装置进行180°翻转的线圈固定架，线圈固定架上固定有双发射线圈，双发射线圈包括供电期任意时刻在各自线圈中心能够产生反向磁场且相互平行但不共面的第一发射线圈和第二发射线圈，即第一发射线圈和第二发射线圈分别位于第一平面和第二平面；所述第一发射线圈和第二发射线圈之间安装有接收线圈；所述接收线圈与第一发射线圈、第二发射线圈间的距离固定或可调，且所述距离以早期响应信号(或感应段信号)不超幅为约束；信号不超幅是指实际响应信号幅值不超出测量仪器的测量上限和测量下限，此处测量仪器的测量上、下限是指仪器内的模数转换器的转换电压的上、下限。所述线圈固定架上固定设有与双发射线圈平行且能带动线圈装置翻转的旋转轴；线圈固定架安装在框架载体上，框架载体上设有与旋转轴相配合的非金属轴承；通过驱动旋转轴，可带动线圈装置进行整体翻转，非金属轴承用于减小旋转时的摩擦阻力。第一发射线圈与第二发射线圈的匝数相同或不同，第一发射线圈与第二发射线圈的绕制顺序同向或反向，第一发射线圈与第二发射线圈的连接方式采用串联或并联方式，第一发射线圈与第二发射线圈的尺寸相等或不等。在满足供电期任意时刻在第一发射线圈、第二发射线圈中心能够产生反向磁场和早期响应信号不超幅的情况下，允许上述参数存在一定偏差，对于瞬变电磁探测装置的设计、加工、组装等精度要求不会过于严苛，易于实现。进一步地，所述接收线圈包括法线方向相互垂直的水平分量接收线圈与垂直分量接收线圈，垂直分量接收线圈法线方向垂直于所述双发射线圈。使得同一位置点上通过线圈装置一次翻转180°前后的信号测量及前后两次测量信号的差值处理便可获得两个分量接收线圈对应的来自地质体的纯感应场信号，更有利于提高探测结果的精度。进一步地，所述线圈固定架和框架载体采用非磁性绝缘材质制成，确保不会对测量信号造成干扰。进一步地，所述线圈固定架上设有调整双发射线圈间距、接收线圈与第一发射线圈及第二发射线圈间距的调节机构；框架载体上设有调整线圈装置与地面间距的调节机构；框架载体上还设有宽度调节机构；所述旋转轴上安装有非金属手柄。使用时，在满足早期响应信号不超幅的情况下，可根据实际情况调整各项间距，增加瞬变电磁探测装置使用的灵活性。进一步地，所述框架载体的底部设有非金属滚轮，便于移动瞬变电磁探测装置。进一步地，所述框架载体上设有非金属把手，当进行非平坦地面的探查施工时，增设非金属把手便于移动瞬变电磁探测装置。进一步地，所述第一发射线圈与第二发射线圈的中心轴线重合或不重合,所述第一发射线圈与第二发射线圈的形状相同或不同。上述设置对于瞬变电磁探测装置的设计、加工、组装等精度要求不会过于严苛，易于实现。本专利技术还提供了上述瞬变电磁探测装置消除电感干扰的方法，包括以下步骤：(1)将所述瞬变电磁探测装置放置贴近于待测区域，使双发射线圈法线方向垂直于待测区域；(2)在某一位置点上，通过向双发射线圈供电进行场源激发并利用接收线圈测量响应信号，而后在该位置点上将线圈装置翻转180°，再次进行场源激发并测量响应信号；(3)当前位置点测量完成后将线圈装置翻转180°进行复位；(4)移动所述瞬变电磁探测装置至下一位置点，重复步骤(1)至步骤(3)，直至覆盖所有设定的位置点；所述翻转过程中保持线圈装置中接收线圈与双发射线圈的空间相对位置固定不变。在探测过程中或探测完成后，即上述步骤(2)或步骤(4)中，对同一位置点处线圈装置翻转前后的测量信号进行差值处理。这样就可以从根本上消除线圈互感作用引起的一次场干扰以及其引起的接收线圈自感作用干扰。进一步地，所述差值处理方法为，将同一位置点上线圈装置翻转前后的测量信号分别记为u1(t)、u2(t)，求取线圈装置翻转前后测量信号的差值Δu(t)，Δu(t)＝u1(t)-u2(t)或Δu(t)＝u2(t)-u1(t)，其中，t为时间。进一步地，所述步骤(1)中，当进行地面的探查时，使双发射线圈的法线方向垂直于所在位置点的地面；当进行隧道或巷道探查时，使双发射线圈的法线方向垂直于所述隧道或巷道的掌子面、侧帮或顶底板。本专利技术技术方案消除电感干扰的原理及过程如下：瞬变电磁法通过在发射线圈(Tx)中供以脉冲电流建立激励电磁场源，再由接收线圈(Rx)在脉冲间歇期观测来自地下介质的响应信号的变化情况，记为uτ(t)，根据电磁感应定律和楞次定律可得出：发射线圈与接收线圈互感作用下在接收线圈中产生的互感电压式中M为发射、接收线圈的互感系数(与线圈回路的几何形状、尺寸、匝数、相对位置，及周围介质的磁导率有关)，iTx为发射电流，“±”与电流的参考方向、线圈的相对位置及绕向有关；互感电压在接收线圈中产生的电流记为iRx，由iRx引起产生的接收线圈自感电压式中L为线圈的自感系数(固有参数，只取决于线圈的几何尺寸、匝数、线圈中介质的磁导率)，“-”表示自感电压总要是阻碍原有回路中电流的变化。uMRxTx、uLRx相对于uτ(t)，均为干扰信号，由互感和自感(合称电感)产生的总干扰信号记为uML，需要进行压制或剔除。对于本专利技术提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种瞬变电磁探测装置，其特征在于，包括线圈装置，线圈装置包括能带动线圈装置进行180°翻转的线圈固定架，线圈固定架上固定有双发射线圈，双发射线圈包括供电期任意时刻在各自线圈中心能够产生反向磁场且相互平行但不共面的第一发射线圈和第二发射线圈；所述第一发射线圈和第二发射线圈之间安装有接收线圈，所述接收线圈与第一发射线圈、第二发射线圈间的距离以早期响应信号不超幅为约束；所述线圈固定架上固定设有与双发射线圈平行且能带动线圈装置翻转的旋转轴；线圈固定架安装在框架载体上，框架载体上设有与旋转轴相配合的非金属轴承；所述第一发射线圈与第二发射线圈的匝数相同或不同，第一发射线圈与第二发射线圈的绕制顺序同向或反向，第一发射线圈与第二发射线圈的连接方式采用串联或并联方式，第一发射线圈与第二发射线圈的尺寸相等或不等。

【技术特征摘要】
1.一种瞬变电磁探测装置，其特征在于，包括线圈装置，线圈装置包括能带动线圈装置进行180°翻转的线圈固定架，线圈固定架上固定有双发射线圈，双发射线圈包括供电期任意时刻在各自线圈中心能够产生反向磁场且相互平行但不共面的第一发射线圈和第二发射线圈；所述第一发射线圈和第二发射线圈之间安装有接收线圈，所述接收线圈与第一发射线圈、第二发射线圈间的距离以早期响应信号不超幅为约束；所述线圈固定架上固定设有与双发射线圈平行且能带动线圈装置翻转的旋转轴；线圈固定架安装在框架载体上，框架载体上设有与旋转轴相配合的非金属轴承；所述第一发射线圈与第二发射线圈的匝数相同或不同，第一发射线圈与第二发射线圈的绕制顺序同向或反向，第一发射线圈与第二发射线圈的连接方式采用串联或并联方式，第一发射线圈与第二发射线圈的尺寸相等或不等。2.根据权利要求1所述的一种瞬变电磁探测装置，其特征在于，所述接收线圈包括法线方向相互垂直的水平分量接收线圈与垂直分量接收线圈，垂直分量接收线圈法线方向垂直于所述双发射线圈。3.根据权利要求1所述的一种瞬变电磁探测装置，其特征在于，所述线圈固定架和框架载体采用非磁性绝缘材质制成。4.根据权利要求1所述的一种瞬变电磁探测装置，其特征在于，所述线圈固定架上设有调整双发射线圈间距、接收线圈与双发射线圈间距的调节机构；框架载体上设有调整线圈装置与地面间距的调节机构；框架载体上还设有宽度调节机构；所述旋转轴上安装有非金属手柄。5.根据权利要求1所述的一种瞬变电磁探测装置，其特征在于，所述框架载体的底部设有非金属滚轮。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪圣军，刘惠洲，吴昭，戚俊，胡雄武，张立好，胡斌，臧伟，王奇，
申请(专利权)人：安徽惠洲地质安全研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34