【技术实现步骤摘要】
一种远距离探测层界面位置和电磁信息的方法及装置
本专利技术涉及层界面探测
，尤其涉及一种远距离探测层界面位置和电磁信息的方法及装置。
技术介绍
随着探测技术的飞速发展,远距离探边及成像系统已成为热点问题，尤其对于飞机、雷达、水下潜艇及测井等领域，开展三维矢量场的成像及远距离探测成为非常重要的研究内容。在地质勘探过程中，远距离探测测井可以在井中对构造地质体进行测量时，把常规测井技术的测量范围从井周一米左右提高到几十米。然而，专利技术人在实施本专利技术的过程中发现，现有的远距离探测技术中，探测介质层界面位置和电磁信息时，由于不止一种介质的存在，使得计算的介质模型不再是轴对称模型，计算难度大，在仿真计算时必须采用三维数值解的方式进行场域的求解，尤其对于对比度比较大的电大尺寸和电小尺寸，其划分的网格节点数量过多，相应地导致计算量过大，计算速度慢，难以满足远距离高效探测的需要。
技术实现思路
本申请实施例提供了一种远距离探测层界面位置和电磁信息的方法及装置，可以快速计算介质层界面的位置和电磁信息，有利...
【技术保护点】
1.一种远距离探测层界面位置和电磁信息的方法，其特征在于，所述方法包括：/n建立轴对称缠绕的发射线圈的模型、以及与发射线圈同轴且平行的非轴对称缠绕的远探测分数匝接收线圈的模型，基于所述发射线圈和接收线圈的模型，根据接收线圈消除发射线圈对接收线圈产生的直耦电动势；/n根据所述接收线圈和发射线圈的模型，采用镜像法计算所述发射线圈在接收线圈处的反射场；/n根据计算出的反射场，采用场叠加原理计算所述发射线圈在所述接收线圈处产生的总电场；/n根据所述接收线圈处的总电场，采用高斯积分计算所述接收线圈的感应电动势；/n根据所述感应电动势，通过发射不同工作频率电磁波，求解各个工作频率下接收...
【技术特征摘要】
1.一种远距离探测层界面位置和电磁信息的方法，其特征在于，所述方法包括：
建立轴对称缠绕的发射线圈的模型、以及与发射线圈同轴且平行的非轴对称缠绕的远探测分数匝接收线圈的模型，基于所述发射线圈和接收线圈的模型，根据接收线圈消除发射线圈对接收线圈产生的直耦电动势；
根据所述接收线圈和发射线圈的模型，采用镜像法计算所述发射线圈在接收线圈处的反射场；
根据计算出的反射场，采用场叠加原理计算所述发射线圈在所述接收线圈处产生的总电场；
根据所述接收线圈处的总电场，采用高斯积分计算所述接收线圈的感应电动势；
根据所述感应电动势，通过发射不同工作频率电磁波，求解各个工作频率下接收线圈感应电动势的幅值和相角，根据所述感应电动势的幅值和相角，求解介质层界面的位置和电磁信息。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非轴对称缠绕的远探测分数匝接收线圈的模型表示为：
绕制接收线圈的圆盘分为N>=4的偶数个过圆心的扇形区域，各扇形区域的序号按顺时针排列；
每匝接收线圈分成N-1个分数子匝，每个分数子匝缠绕一个扇形区域，相邻两个扇形区域的分数子匝缠绕方向相反，扇形区域N空出；其中，每个分数子匝包含周向圆弧部分和径向直线部分，周向圆弧部分缠绕扇形区域圆周部分，径向直线部分缠绕扇形区域过圆心的径向切面部分；
扇形区域1～N-1缠绕的分数子匝的比值分别为n1～nN-1，该比值ni满足且，式中i表示第i个扇形区域，ni表示扇形区域i所对应的分数匝数，N为扇形区域个数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述发射线圈和接收线圈的模型，根据接收线圈消除发射线圈对接收线圈产生的直耦电动势，包括：
与接收线圈同轴且平行的发射线圈在均匀介质中产生的电场在远探测接收线圈所在平面为同心圆，接收线圈所有经过同心圆圆心的径向直线部分与电场方向垂直，所有周向圆弧部分与电场方向平行，根据接收线圈的绕制方向，该电场沿接收线圈的积分结果为0，相应地接收线圈接收到的感应电动势为0，发射线圈对接收线圈产生的直耦电动势被消除。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述接收线圈和发射线圈的模型，采用镜像法计算所述发射线圈在接收线圈处的反射场中，包括确定发射线圈镜像源与真实源的关系，所述确定发射线圈镜像源与真实源的关系，包括：
在包括至少两层介质的介质模型中，将第二层介质中引入一个与第一层介质中的发射线圈呈镜像对称的虚设的镜像发射线圈，将真实发射线圈命名为真实源，镜像发射线圈命名为镜像源，并将第二层介质替换为第一层介质，则介质模型为轴对称模型，其中，发射线圈镜像源与真实源之间的关系表达式为：
，
式中，I2为镜像源的电流，I1为真实源的电流，为第一层介质与第二层介质的反射系数，的表达式为，为第一层介质中的波阻抗，为第二层介质中的波阻抗，其中，，，和分别为第一层介质和第二层介质的磁导率，和分别为第一层介质和第二层介质的复介电常数，其表达式为，，其中和分别为第一层介质和第二层介质的介电常数的实部，𝜎1和𝜎2分别为第一层介质和第二层介质的电导率，为电磁波的角频率，j为虚部单位，j2=-1。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述感应电动势，通过发射不同工作频率电磁波，求解各个工作频率下接收线圈感应电动势的幅值和相角，根据所述感应电动势的幅值和相角，求解介质层界面的位置和电磁信息，包括：
将层界面与发射线圈的距离设为d米，所述介质层界面的电磁信息包括第一层介质的电导率𝜎1和第二层介质的电导率𝜎2；
通过发射线圈发射至少两种不同工作频率的电磁波，并将接收线圈产生的感应电动势的相角记为和，则第一种工作频率下的电磁波在第一层介质中的波长为，第二种工作频率下的电磁波在第一层介质中的波长为，其中，为第一种工作频率在真空中的波长，、分别为第一层介质的相对磁导率和相对介电常数，为第二种工作频率在真空中的波长；
传播距离为2*d时，第一种工作频率下的电磁波相角变化为，第二种工作频率下的电磁波相角变化为，在层界面处，第一种工作频率下的反射系数的相角为，第二种工作频率下的反射系数的相角为，依据电磁波在介质中相角幅值的变化规律列出方程（1）～方程（3）：
方程（1），
方程（2），
方程（3），
式中，表示对取实部，表示对取实部，real(V1)表示对V1取实部，real(V2)表示对V2取实部，V1为第一种工作频率下接收线圈的感应电动势，V2为第二种工作频率下接收线圈的感应电动势，、分别为第一种工作频率和第二种工作频率下层界面对电磁波的反射系数，其表达式分别为：
，
其中，，，，表示第一种工作频率下第一层介质的复介电常数，表示第二种工作频率下第一层介质的复介电常数，表示第一种工作频率下第二层介质的复介电常数，表示第二种工作频率下第二层介质的复介电常数，、为第一层介质和第二层介质的介电常数的实部，𝜎1、𝜎2为第一层介质和第二层介质的电导率，、分别为第一种工作频率的角频率和第二种工作频率的角频率，和分别为第一层介质和第二层介质的磁导率，k1和k2分别为第一种工作频率电磁波和第二种工作频率电磁波在第一层介质中的传播常数，其表达式为：和，j为虚部单位，j2=-1；
通过迭代法求解非线性方程组方程（1）～方程（3），得到介质层界面与发射线圈的距离d、第一层介质的电导率𝜎1和第二层介质的电导率𝜎2。
...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐章宏，许月晨，王芬，
申请(专利权)人：北京唯智佳辰科技发展有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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