基于三分量空心线圈的全航空瞬变电磁探测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于三分量空心线圈的全航空瞬变电磁探测系统及方法，所述系统包括无人机、空中发射装置和空中接收装置，其中：空中发射装置包括发射机、发射线圈，发射线圈吊装在无人机下方，发射机通过发射线圈向目标体发送一次场；空中接收装置包括三分量空心线圈传感器、前置放大器和接收机，接收机固定于无人机腹部，前置放大器通过吊线与接收机连接，前置放大器下方通过吊线连接三分量空心线圈传感器。本发明专利技术解决了已有航空电磁法装备体量大、人力物力投入大、地质灾害排查效率低的缺点，具有成本低、安全性好、勘探成本低的优点，适合高位、远程地质灾害隐患的精细化地球物理勘探，能够有效提升地质灾害隐患排查工作效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
基于三分量空心线圈的全航空瞬变电磁探测系统及方法


[0001]本专利技术属于航空瞬变电磁法领域，涉及一种航空电磁探测系统及方法，具体涉及一种基于三分量空心线圈的全航空瞬变电磁探测系统及方法。

技术介绍

[0002]航空电磁法是一种搭载于直升机或固定翼无人机或多旋翼无人机进行地下目标体探测的方法，广泛用于冰层厚度勘测、油气勘查、矿产资源勘查、地下水探测等各个领域。航空电磁系统是按一定设计方案结合场源特点组成的一套航空电磁法设备，包括搭载平台、发射装置、接收装置等。传统的航空电磁探测大多采用有人直升机或固定翼飞机搭载，勘察成本高、平台协调复杂、安全性差、空域审批难度大。

技术实现思路

[0003]为了解决现有技术中地球物理勘探效率低的问题，本专利技术提供了一种基于三分量空心线圈的全航空瞬变电磁探测系统及方法。本专利技术成本低、安全性好、勘探成本低，适合高位、远程地质灾害隐患的精细化地球物理勘探，能够提升地质灾害隐患排查工作效率。
[0004]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于三分量空心线圈的全航空瞬变电磁探测系统，包括无人机、空中发射装置和空中接收装置，其中：所述无人机用于搭载航空瞬变电磁数据采集装置；所述空中发射装置用于激发目标体的一次场，包括发射机、发射线圈，发射线圈吊装在无人机下方，发射机通过发射线圈向目标体发送一次场；所述空中接收装置用于接收目标体的二次场，包括三分量空心线圈传感器、前置放大器和接收机，接收机固定于无人机腹部，前置放大器通过吊线与接收机连接，前置放大器下方通过吊线连接三分量空心线圈传感器。
[0005]一种利用上述系统进行全航空瞬变电磁探测的方法，包括如下步骤：S1、针对滑坡隐患区设计飞行路线，飞行测线沿潜在滑动方向（纵向）等间距布置至少三条及以上，且保证一条与潜在滑动方向一致，垂直于潜在滑动方向（横向）三条及以上，测线间距10~30m，飞行速度1~4m/s，飞行高度不宜高于50m，在不影响正常工作的情况下仿地飞行采集数据；S2、发射电流根据发射线圈的面积和探测深度，在现场试验后确定，按预设发射电流波形对发射线圈供电，产生空中的一次激发电磁场，在其激发下，地下地质体中将会产生感应涡流，涡流衰减的过程中又将产生时变的二次场，二次场信号由三分量空心线圈传感器接收，转换为感应电动势信号，经前置放大器后通过长距离传输线传送至接收机；S3、接收机通过三分量空心线圈传感器测量二次场信号，并利用GPS装置读取位置信息，将位置信息和二次场信号组成一组数据保存在同一点号数据文件中；S4、按照测线布置以及飞行要求采集测量完毕后，无人机返回降落，将实测数据回
传至地面站数据处理软件中进行处理，绘制瞬变响应平面图以及视电阻率反演结果，根据勘测需要可绘制三维电阻率图，直观展示滑坡区的电性结构。
[0006]相比于现有技术，本专利技术具有如下优点：本专利技术解决了已有航空电磁法装备体量大、人力物力投入大、地质灾害排查效率低的缺点，具有成本低、安全性好、勘探成本低的优点，适合高位、远程地质灾害隐患的精细化地球物理勘探，能够有效提升地质灾害隐患排查工作效率。
附图说明
[0007]图1为基于三分量空心线圈的全航空瞬变电磁探测系统的结构示意图，图中，1
‑
多旋翼无人机，2
‑
接收机，3
‑
发射机，4
‑
前置放大器，5
‑
三分量空心线圈传感器，6
‑
发射线圈，7
‑
一次场，8
‑
目标体，9
‑
二次场，10
‑
地质体。
具体实施方式
[0008]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。
[0009]本专利技术提供了一种基于三分量空心线圈的全航空瞬变电磁探测系统，如图1所示，所述系统包括无人机1、空中发射装置和空中接收装置，其中：所述无人机1用于搭载航空瞬变电磁数据采集装置；所述空中发射装置用于激发目标体8的一次场，包括发射机3、发射线圈6，发射机3固定于无人机腹部，与接收机2通过同步线和电流采样线相连接，发射线圈6吊装在无人机1下方；所述发射机3通过发射线圈6向地质体10发送一次场，其中发射线圈6为吊装在无人机下方的大直径环形发射线圈；所述空中接收装置用于接收目标体8的二次场，由三分量空心线圈传感器5、前置放大器4和接收机2组成，接收机2固定于无人机1腹部，前置放大器4通过吊线与接收机2连接，前置放大器4下方通过吊线连接三分量空心线圈传感器5；所述三分量空心线圈传感器5利用两个以相同方式绕制的线圈串联而成，以中间抽头作为平衡端，设计差分式空心线圈结构，抑制长距离信号传输链路中的共模噪声；所述前置放大器4使三分量空心线圈传感器5的信号进入接收机2的量程，提供精确、稳定、足够大的增益；所述接收机2通过多通道采集卡采集三分量空心线圈传感器5感应到的磁场信号，同时通过霍尔传感器采集发射电流；此外通过USB 采集GPS地理位置信息，最终由接收机软件整合数据，统一存储于双外置硬盘中。
[0010]本专利技术中，通过差分输入端匹配三分量空心线圈传感器5差分结构，输入抗阻匹配三分量空心线圈传感器5随频率变化范围输出的抗阻，差分式输出抑制长距离传输线上的共模干扰，同时优化传感器整体噪声，提升信噪比。
[0011]本专利技术中，接收机2通过多通道的高速采集，接收机2提供发射电流，并提供GPS等搭载的辅助信息串行通道，实现不同速率、多种信息的实时采集、处理及储存。
[0012]一种利用上述系统进行全航空瞬变电磁探测的方法，包括如下步骤：S1、针对滑坡隐患区设计飞行路线，飞行测线沿潜在滑动方向（纵向）等间距布置至少三条及以上，且保证一条与潜在滑动方向一致，垂直于潜在滑动方向（横向）三条及以上，测线间距10~30m，飞行速度1~4m/s，飞行高度不宜高于50m，在不影响正常工作的情况下仿地飞行采集数据；S2、发射电流根据发射线圈的面积和探测深度，在现场试验后确定，按预设发射电流波形对发射线圈供电，产生空中的一次激发电磁场，在其激发下，地下地质体中将会产生感应涡流，涡流衰减的过程中又将产生时变的二次场，二次场信号由三分量空心线圈传感器5接收，转换为感应电动势信号，经前置放大器后通过长距离传输线传送至接收机；S3、接收机通过三分量空心线圈传感器测量二次场信号，并利用GPS装置读取位置信息，将位置信息和二次场信号组成一组数据保存在同一点号数据文件中；S4、按照测线布置以及飞行要求采集测量完毕后，无人机返回降落，将实测数据回传至地面站数据处理软件中进行处理，绘制瞬变响应平面图以及视电阻率反演结果，根据勘测需要可绘制三维电阻率图，直观展示滑坡区的电性结构。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三分量空心线圈的无人机载全航空瞬变电磁探测系统，其特征在于所述无人机载全航空瞬变电磁探测系统包括无人机、空中发射装置和空中接收装置，其中：所述空中发射装置包括发射机、发射线圈，发射线圈吊装在无人机下方，发射机通过发射线圈向目标体发送一次场；所述空中接收装置包括三分量空心线圈传感器、前置放大器和接收机，接收机固定于无人机腹部，前置放大器通过吊线与接收机连接，前置放大器下方通过吊线连接三分量空心线圈传感器。2.根据权利要求1所述的基于三分量空心线圈的全航空瞬变电磁探测系统，其特征在于所述发射线圈为大直径环形发射线圈。3.根据权利要求1所述的基于三分量空心线圈的全航空瞬变电磁探测系统，其特征在于所述发射机与接收机通过同步线和电流采样线相连接。4.根据权利要求1所述的基于三分量空心线圈的全航空瞬变电磁探测系统，其特征在于所述三分量空心线圈传感器利用两个以相同方式绕制的线圈串联而成，以中间抽头作为平衡端，设计差分式空心线圈结构。5.一种利用权利要求1
‑
4任一项所述全航空瞬变电磁探测系统进行全航空瞬变电磁探测的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：田爽，张钟远，毛小刚，张熙阳，凌贤长，丛晟亦，赵香萍，孙辉，唐亮，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学中铁十二局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：