一种基于可控源补偿的瞬变电磁勘探系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及地球物理勘探设备领域，具体而言，涉及一种基于可控源补偿的瞬变电磁勘探系统及方法，包括发射装置，包括发射控制器以及由发射控制器控制激发电流的发射线圈；接收装置，包括接收控制器以及与发射线圈共中心的接收线圈；补偿装置，包括与发射线圈共中心的磁传感器和补偿线圈，以及接收磁传感器电流进行自适应计算和调整补偿线圈中补偿电流的补偿控制器，所述磁传感器用于检测线圈中心处的磁场，产生调控补偿电流时的反馈信号；工控机，与所述接收控制器通讯连接用于显示系统工作模式，存储TEM信号；所述接收控制器向发射控制器和补偿控制器发送同步信号、控制指令和系统参数。解决一次场干扰过大的问题，提高补偿电流的选取精度，实现高精度补偿。

【技术实现步骤摘要】
一种基于可控源补偿的瞬变电磁勘探系统及方法
本专利技术涉及地球物理勘探设备领域，具体而言，涉及一种基于可控源补偿的瞬变电磁勘探系统及方法。
技术介绍
瞬变电磁法(TransientElectronmagneticMethod，TEM)是一种基于电磁感应定律的地球物理勘探方法，由于其对低阻体敏感的特点，现已成为地质构造勘探、地质矿产勘查等地质问题的首选方法。地面TEM的发射线总长为数十米至数百米，线圈的电感不可忽略，这使得激发电流不会立即关断。因此在这段关断时间里，接收线圈上除早期二次场信号外，还耦合了发射线圈所产生的一次场信号。由于TEM的早期信号来自于浅地层，因此，如果在关断时间内的一次场干扰过大，会影响后期浅层数据解释。张一鸣，高星乐，郭兵等发表《直升机时间域航空电磁法补偿线圈》，北京工业大学学报。文中公开了一种与发射线圈反向级联的补偿线圈的方法，该方法中补偿线圈与发射线圈共同构成同心补偿装置，补偿线圈产生的磁场与发射线圈产生的磁场方向相反，从而相互抵消。但实际工作中，由于线圈结构的物理误差，导致仍有残余发射磁场，且该磁场产生的信息对导致微弱的二次场信号失真、甚至无法有效TEM解释。尤其基于地面TEM系统，在野外实际工作时，地面TEM系统采用的发射线圈和接收线圈的尺寸和匝数均不固定，在确定发射线圈尺寸后，采用同一回线绕制的同心补偿装置只能通过改变补偿线圈的尺寸和匝数实现补偿，铺设难度较大，物理尺寸误差更大，关断期间一次场的影响也更严重。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种基于可控源补偿的瞬变电磁勘探系统及方法，解决一次场干扰过大的问题。本专利技术是这样实现的，一种基于可控源补偿的瞬变电磁勘探系统，发射装置，包括发射控制器以及由发射控制器控制激发电流的发射线圈；接收装置，包括接收控制器以及与发射线圈共中心的接收线圈；补偿装置，包括与发射线圈共中心的磁传感器和补偿线圈，以及接收磁传感器电流进行自适应计算和调整补偿线圈中补偿电流的补偿控制器，所述磁传感器用于检测线圈中心处的磁场，产生调控补偿电流时的反馈信号；工控机，与所述接收控制器通讯连接用于显示系统工作模式，存储TEM信号；所述接收控制器向发射控制器和补偿控制器发送同步信号、控制指令和系统参数。进一步地，所述接收装置还包括：前置放大器，用于放大接收线圈上感应到的TEM信号；信号调理电路，用于对前置放大器输出的差分信号进行放大和转换；数据采集卡，用于模数转换，在同步信号触发下，将调理后的模拟信号转换成数字信号，并将其传送至工控机。进一步地，所述发射装置还包括：可调恒流DC-DC变换器与第二H桥斩波电路，所述可调恒流DC-DC变换器在发射控制器控制下，用于电压变换，恒流驱动第二H桥斩波电路。进一步地，所述补偿装置还包括：信号放大电路用于将磁传感器的信号进行放大处理；A/D转换器用于将信号放大电路放大的信号转换后传递至补偿控制器；可调恒流DC-DC变换器，用于电压变换，恒流驱动一第一H桥斩波电路对补偿线圈进行激发。进一步地，所述接收线圈的半径小于发射线圈的半径的1/10，所述补偿线圈满足：rB＝rX+10cm，LB＝LT，RB＝RT，其LB为补偿线圈的电感，和电阻RB为补偿线圈的电阻，rB为补偿线圈的半径，rX为发射线圈的半径。进一步地，接收控制器根据系统补偿参数计算出补偿线圈上的激发电流的预设初值IB，IB方向与发射电流IT方向相反，接收控制器将计算得到的激发电流IB与系统补偿参数和补偿控制指令一并发给补偿控制器和发射控制器。进一步地，磁传感器感应出的信号经过放大后经A/D转换器转换后，传送给补偿控制器与系统本底噪声en比较。当采集到的信号大于本底噪声时，补偿控制器自适应调整补偿线圈电流IB，重复发射电流和调整后的补偿电流激发的过程，直到回传数据小于系统本底噪声en，完成补偿参数调整，补偿控制器记录该条件下的补偿线圈电流IB。一种基于可控源补偿的瞬变电磁勘探方法，该方法包括：布置共中心的发射线圈、接收线圈、补偿线圈以及磁感应线圈；通过发射线圈，补偿线圈通入方向相反的激发电流；采用磁感应线圈接收检测线圈中心处的磁场，产生调控补偿电流时的反馈信号；将反馈信号与系统本底噪声比较，当采集到的信号大于本底噪声时，调整补偿线圈中的线圈电流，重复发射电流和调整后的补偿电流激发的过程，直到回传数据小于系统本底噪声，完成补偿参数调整；采用调整后的补偿电流进行补偿激发以及发射激发，通过接收线圈进行信号的采集。进一步地，所述通过发射线圈，补偿线圈通入方向相反的激发电流为方向相反的双极性矩形波。进一步地，该方法具体包括：1)线圈结构参数选取与铺设：1a)、线圈铺设：铺设半径为rT、匝数为NT的发射线圈和半径为rX、匝数为NX接收线圈，要求接收线圈的半径小于发射线圈的半径的1/10，，铺设过程中接收线圈的中心与发射线圈的中心重合，铺设完成后测量发射线圈的电感LT和电阻RT；1b)、确定补偿参数：计算补偿线圈的半径rB，电感LB和电阻RB，满足：rB＝rX+10cmLB＝LTRB＝RT1c)、铺设补偿线圈的中心与发射线圈的中心重合；2)系统补偿电流调控：2a)、设置参数：通过工控机向接收控制器发送系统补偿参数和补偿控制指令，系统补偿参数包括发射电流IT、发射线圈的半径rT、发射线圈的匝数NT、补偿线圈的半径rB、补偿线圈的匝数NB；2b)、参数计算：接收控制器根据系统补偿参数计算出补偿线圈上的激发电流的预设初值IB，IB方向与IT方向相反，接收控制器将计算得到的激发电流IB与系统补偿参数和补偿控制指令一并发给补偿控制器和发射控制器；计算过程满足：2c)、发射矩形波：接收控制器通过同步线向发射控制器和补偿控制器发送同步信号，发射控制器控制可调恒流DC-DC变换器驱动第二H桥斩波电路通过发射线圈进行频率为1kHz、电流为IT的矩形波激发；补偿控制器控制高精度可调恒流DC-DC变换器驱动第一H桥斩波电路通过补偿线圈进行频率为1kHz、电流为IB的矩形波激发；2d)、调整补偿参数：磁传感器感应出的信号经过信号放大电路放大后进入A/D转换器采集，采集到的信号传送给补偿控制器与系统本底噪声en比较。当采集到的信号大于本底噪声时，补偿控制器自适应调整补偿线圈电流IB，重复上述步骤2c，直到回传数据小于系统本底噪声en，完成补偿参数调整，补偿控制器记录该条件下的补偿线圈电流IB，并通过接收控制器向工控机发送补偿参数调整完成指令；3)系统激发和采集过程：3a)、发送指令：通过工控机向接收控制器发送激发和采集过程指令及系统工作参数，接收控制器同时向发射控制器和补偿控制器发送采集指令和系统工作参数，系统工作参数包括叠加次数n、发射电流IT、发射线圈的半径rT、发射线圈的匝数NT、补偿线圈的半径rB、补偿线圈的匝数NB、发射频率fO；3b)、激发和采集：接收控制器通过同步线向发射控制器和补偿控制器发送同步信号；发射控制器控制可调恒流DC-DC变换器驱动第二H桥斩波电路通过发射线圈进行频率为fO、电流为IT的双极性矩形波激发；补偿控制器控制可调恒流DC-DC变换器驱动第一H桥斩波电路通过补偿线圈进行频率为fO、电流为IB的双极性矩形波激发；接收装置通过接收线圈中检测TEM二次场信号，信号经本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于可控源补偿的瞬变电磁勘探系统，其特征在于，发射装置，包括发射控制器以及由发射控制器控制激发电流的发射线圈；接收装置，包括接收控制器以及与发射线圈共中心的接收线圈；补偿装置，包括与发射线圈共中心的磁传感器和补偿线圈，以及接收磁传感器电流进行自适应计算和调整补偿线圈中补偿电流的补偿控制器，所述磁传感器用于检测线圈中心处的磁场，产生调控补偿电流时的反馈信号；工控机，与所述接收控制器通讯连接用于显示系统工作模式，存储TEM信号；所述接收控制器向发射控制器和补偿控制器发送同步信号、控制指令和系统参数。

【技术特征摘要】
1.一种基于可控源补偿的瞬变电磁勘探系统，其特征在于，发射装置，包括发射控制器以及由发射控制器控制激发电流的发射线圈；接收装置，包括接收控制器以及与发射线圈共中心的接收线圈；补偿装置，包括与发射线圈共中心的磁传感器和补偿线圈，以及接收磁传感器电流进行自适应计算和调整补偿线圈中补偿电流的补偿控制器，所述磁传感器用于检测线圈中心处的磁场，产生调控补偿电流时的反馈信号；工控机，与所述接收控制器通讯连接用于显示系统工作模式，存储TEM信号；所述接收控制器向发射控制器和补偿控制器发送同步信号、控制指令和系统参数。2.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述接收装置还包括：前置放大器，用于放大接收线圈上感应到的TEM信号；信号调理电路，用于对前置放大器输出的差分信号进行放大和转换；数据采集卡，用于模数转换，在同步信号触发下，将调理后的模拟信号转换成数字信号，并将其传送至工控机。3.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发射装置还包括：可调恒流DC-DC变换器与第二H桥斩波电路，所述可调恒流DC-DC变换器在发射控制器控制下，用于电压变换，恒流驱动第二H桥斩波电路。4.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述补偿装置还包括：信号放大电路用于将磁传感器的信号进行放大处理；A/D转换器用于将信号放大电路放大的信号转换后传递至补偿控制器；可调恒流DC-DC变换器，用于电压变换，恒流驱动一第一H桥斩波电路对补偿线圈进行激发。5.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述接收线圈的半径小于发射线圈的半径的1/10，所述补偿线圈满足：rB＝rX+10cm，LB＝LT，RB＝RT，其LB为补偿线圈的电感，和电阻RB为补偿线圈的电阻，rB为补偿线圈的半径，rX为发射线圈的半径。6.按照权利要求4所述的系统，其特征在于，接收控制器根据系统补偿参数计算出补偿线圈上的激发电流的预设初值IB，IB方向与发射电流IT方向相反，接收控制器将计算得到的激发电流IB与系统补偿参数和补偿控制指令一并发给补偿控制器和发射控制器。7.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，磁传感器感应出的信号经过放大后经A/D转换器转换后，传送给补偿控制器与系统本底噪声en比较。当采集到的信号大于本底噪声时，补偿控制器自适应调整补偿线圈电流IB，重复发射电流和调整后的补偿电流激发的过程，直到回传数据小于系统本底噪声en，完成补偿参数调整，补偿控制器记录该条件下的补偿线圈电流IB。8.一种基于可控源补偿的瞬变电磁勘探方法，其特征在于，该方法包括：布置共中心的发射线圈、接收线圈、补偿线圈以及磁感应线圈；通过发射线圈，补偿线圈通入方向相反的激发电流；采用磁感应线圈接收检测线圈中心处的磁场，产生调控补偿电流时的反馈信号；将反馈信号与系统本底噪声比较，当采集到的信号大于本底噪声时，调整补偿线圈中的线圈电流，重复发射电流和调整后的补偿电流激发的过程，直到回传数据小于系统本底噪声，完成补偿参数调整；采用调整后的补偿电流进行补偿激发以及发射激发，通过接收线圈进行信号的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洋，皮帅，张博，陈健，林君，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22