【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属矿探，特别涉及一种基于双源激励航空频率域电磁探测装置及方法。
技术介绍
1、近些年来随着对资源能源勘查需求的增加，航空电磁探测技术得到了快速发展。航空电磁测量简称航空电磁法、航电，是航空物探的一种主要方法，是将航空电磁仪系统安装在飞机或其他飞行器中，通过观测仪激发或天然形成的电磁场，和由它在地下地质体中感应产生的异常电磁场，或单独观测此异常电磁场，通过研究异常电磁场的空间和时间或频率特性(以电磁感应原理为主)来寻找矿体或解决某些地质问题。
2、现有的航空电磁法探测装置在接收测量电磁信息时，发射线圈产生的一次场信号淹没地下介质感应出的二次电位信号，导致采集到的电磁信号可能无法使用。同时发射系统由于高频信号的影响，发射幅值降低，导致系统探测效率降低，信噪比差，最终影响探测深度和探测效果。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于双源激励航空频率域电磁探测装置，包括发射—补偿—接收线圈组、线圈骨架、电磁发射装置、电磁接收装置和电源；所述的发射—补偿—接收线圈组包括发射线圈、补偿线圈、接收线圈，分别绕设在线圈骨架上，发射线圈、补偿线圈和接收线圈同心同一平面设置，外圈为发射线圈，内圈为接收线圈，补偿线圈设在发射线圈和接收线圈之间；补偿线圈和发射线圈串联，电流方向相反；电磁发射装置包括两组多频谐振匹配装置，电磁发射装置分别通过两组多频谐振匹配装置与发射线圈和补偿线圈相连；电源与电磁发射装置相连，电源和电磁发射装置为两组多频谐振匹配装置提供电能
2、所述的电磁发射装置还包括dc-dc模块、主控模块、h桥发射模块和蓄电池，电源与dc-dc模块相连，dc-dc模块分别与主控模块和h桥发射模块相连，dc-dc模块直接将电池的电压转换为所需要的发射电压，蓄电池与h桥发射模块相连；主控模块包括adc采集模块和fpga主控制器，adc采集模块与fpga主控制器相连，负责控制发射过程与发射线圈电流与补偿线圈电流的实时反馈；h桥发射模块包括两组发射模块，每组发射模块包括pwm驱动电路和h桥发射桥路，pwm驱动电路与h桥发射桥路相连；所述的发射—补偿—接收线圈组还包括恒流控制模块和一级放大模块，恒流控制模块分别与发射线圈和fpga主控制器相连，进行电流反馈；一级放大模块与接收线圈相连；所述的电磁接收装置包括采集控制模块、信号调理模块和锂供电电池，信号调理模块与采集控制模块相连，锂供电电池分别与采集控制模块和信号调理模块相连，提供电能；采集控制模块包含ad采集模块和数字控制模块fpga，ad采集模块与数字控制模块fpga相连，负责控制接受收过程；信号调理模块包含二级放大模块、低通滤波器以及单端转差分模块；二级放大模块与一级放大模块相连，低通滤波器与二级放大模块相连，单端转差分模块与低通滤波器相连；放大滤波后的信号由采集控制模块进行模数转换，通过网口回传至上位机进行数据存储。
3、所述的线圈骨架包括发射线圈骨架、补偿线圈骨架和接收线圈骨架；所述的发射线圈骨架、补偿线圈骨架和接收线圈骨架为同心圆形在同一平面设置，发射线圈、补偿线圈、接收线圈分别绕设在发射线圈骨架、补偿线圈骨架和接收线圈骨架上，发射线圈骨架、补偿线圈骨架和接收线圈骨架之间通过骨架连接杆固定连接。
4、本专利技术所述的基于双源激励航空频率域电磁探测装置采用全航空模式，在探测过程中，发射线圈、补偿线圈、接收线圈、线圈骨架、电磁发射装置、多频谐振匹配装置、电磁接收装置和电源及上位机均由旋翼无人机进行吊载。
5、发射线圈及多频谐振匹配装置的谐振匹配电路总阻抗由下式确定:
6、
7、式中：r0为线圈内阻，j为虚部符号，x为总电抗，ω为发射电流角频率，l1为线圈电感，lk为谐振匹配电感，k＝2～n，ck为谐振匹配电容，k＝2～n，c1为与线圈串联的谐振电容；
8、为使上式总阻抗最小，需使电路工作在谐振状态，此时，系统阻抗z最小，z为线圈内阻r0；
9、a1ω2n+a2ω2(n-1)+……+anω2-1＝0 (2)
10、式中：an为公式(1)为零时化简后得出的系数；
11、本专利技术所述的一种基于双源激励航空频率域电磁探测装置利用补偿线圈的补偿过程如下：
12、以圆形线圈圆心为原点o建立直角坐标系，通过几何关系推导可得空间中任一点p(x,y,z)处的一次场bz:
13、
14、其中，r为圆形线圈半径，i为包含方向的电流，μ0为真空磁导率，θ为在oxy面投影与y轴夹角；对于双源激励发射补偿与接收线圈，匝数为n1，激励电流为i1，半径为r1的发射线圈在空间中任一点p(x,y,z)处的直流一次场bz1为：
15、
16、匝数为n2，激励电流为i2，半径为r2的补偿线圈在空间中任一点p(x,y,z处的直流一次场bz2为：
17、
18、双源激励收发系统在空间中任一点p(x,y,z)处的总低频一次场bzz为：
19、bzz1＝bz1+bz2 (6)
20、对于高频无法近似直流时一次场的计算，将中心回线装置形式的全电流响应公式拆解为一次场与二次场的分离形式：
21、
22、其中，第一项积分为一次场，第二项积分为二次场；
23、μ0是真空磁导率，j1为一阶贝塞尔函数，h为发射源高度，λ为汉克尔变换的积分变量，rte是与地下电气结构有关的反射系数；α为发射线圈半径。
24、因此，对于双源激励发射补偿与接收线圈关系，由匝数为n1，激励电流为i1，半径为r1的发射线圈在空间中任一点p(x,y,z)处的高频一次场hz1为：
25、
26、匝数为n2，激励电流为i2，半径为r2的补偿线圈在空间中任一点p(x,y,z)处的高频一次场hz2为：
27、
28、总高频一次场hzz为：
29、hzz1＝hz1+hz2 (10)
30、系统工作参数包括发射线圈的n1、i1、r1，补偿线圈的n2、i2、r2，接收线圈半径r；由于实际航磁探测过程中是通过由接收线圈与电磁接收装置组成的接收系统来测量总场信号，因此，以接收线圈内的一次磁通量来衡量一次场的残留程度；接收线圈的一次磁通量φ与式(4)和式(5)表示的一次场的面积分成比例：
31、
32、接收线圈的一次磁通量φ越小越好，将式(4)与式(5)代入式(11)，得式(12)所示的系统工作参数约束关系，在该约束关系下，半径为r的接收线圈内一次磁通为零：
33、
34、本专利技术基于上述电磁探测装置，还提供一种基于双源激励航空频率域电磁探测方法，包括以下步骤：
35、(1)将电磁探测装置悬挂于旋翼无人机下方，将电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于双源激励航空频率域电磁探测装置，其特征在于：包括发射—补偿—接收线圈组、线圈骨架、电磁发射装置、电磁接收装置和电源；所述的发射—补偿—接收线圈组包括发射线圈、补偿线圈、接收线圈，分别绕设在线圈骨架上，发射线圈、补偿线圈和接收线圈同心同一平面设置，外圈为发射线圈，内圈为接收线圈，补偿线圈设在发射线圈和接收线圈之间；补偿线圈和发射线圈串联，电流方向相反；电磁发射装置包括两组多频谐振匹配装置，电磁发射装置分别通过两组多频谐振匹配装置与发射线圈和补偿线圈相连；电源与电磁发射装置相连，电源和电磁发射装置为两组多频谐振匹配装置提供电能和逆变功能；接收线圈与电磁接收装置相连；电磁发射装置、多频谐振匹配装置、电磁接收装置和电源分别设在线圈骨架上。
2.根据权利要求1所述的一种基于双源激励航空频率域电磁探测装置，其特征在于：所述的电磁发射装置还包括DC-DC模块、主控模块、H桥发射模块和蓄电池，电源与DC-DC模块相连，DC-DC模块分别与主控模块和H桥发射模块相连，蓄电池与H桥发射模块相连；主控模块包括ADC采集模块和FPGA主控制器，ADC采集模块与FPGA主控制器相连
3.根据权利要求1所述的一种基于双源激励航空频率域电磁探测装置，其特征在于：所述的线圈骨架包括发射线圈骨架、补偿线圈骨架和接收线圈骨架；所述的发射线圈骨架、补偿线圈骨架和接收线圈骨架为同心圆形在同一平面设置，发射线圈、补偿线圈、接收线圈分别绕设在发射线圈骨架、补偿线圈骨架和接收线圈骨架上，发射线圈骨架、补偿线圈骨架和接收线圈骨架之间通过骨架连接杆固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于双源激励航空频率域电磁探测装置，其特征在于：发射线圈及多频谐振匹配装置的谐振匹配电路总阻抗由下式确定:
5.一种基于双源激励航空频率域电磁探测方法，其特征在于：采用权利要求1-4任意一项所述的电磁探测装置，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于双源激励航空频率域电磁探测装置，其特征在于：包括发射—补偿—接收线圈组、线圈骨架、电磁发射装置、电磁接收装置和电源；所述的发射—补偿—接收线圈组包括发射线圈、补偿线圈、接收线圈，分别绕设在线圈骨架上，发射线圈、补偿线圈和接收线圈同心同一平面设置，外圈为发射线圈，内圈为接收线圈，补偿线圈设在发射线圈和接收线圈之间；补偿线圈和发射线圈串联，电流方向相反；电磁发射装置包括两组多频谐振匹配装置，电磁发射装置分别通过两组多频谐振匹配装置与发射线圈和补偿线圈相连；电源与电磁发射装置相连，电源和电磁发射装置为两组多频谐振匹配装置提供电能和逆变功能；接收线圈与电磁接收装置相连；电磁发射装置、多频谐振匹配装置、电磁接收装置和电源分别设在线圈骨架上。
2.根据权利要求1所述的一种基于双源激励航空频率域电磁探测装置，其特征在于：所述的电磁发射装置还包括dc-dc模块、主控模块、h桥发射模块和蓄电池，电源与dc-dc模块相连，dc-dc模块分别与主控模块和h桥发射模块相连，蓄电池与h桥发射模块相连；主控模块包括adc采集模块和fpga主控制器，adc采集模块与fpga主控制器相连；h桥发射模块包括两组发射模块，每组发射模块包括pwm驱动电路和h桥发射桥路，pwm驱动电路与h桥发射桥路相连；所述的发射—补偿—接收线圈组还包括恒流控制模...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘长胜，苏洋，田桐川，于双瑀，李茁维，刘书序，王立彬，阚绍佑，刘俊洪，梁洁，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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