本发明专利技术涉及地球物理勘探电磁法勘探领域，特别是涉及一种城市地下空间拖曳式时频联合电磁探测系统及方法，通过拖曳车与移动平台通过连接杆互相连接，将时频联合探测系统的仪器部分置于拖曳车上，传感线圈部分置于移动平台上，时频联合探测系统完成时间域电磁法电流发射与采集，以及频率域电磁法电流发射与采集，实现了时间域和频率域波形的联合发射，有效解决了传统电磁探测装置工作模式单一，探测方式局限的问题。能够高效的对城市地下空间进行全域勘探，从而快速获得大深度范围的准确地质信息。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地球物理勘探电磁法勘探领域，特别是涉及一种城市地下空间拖曳式时频联合电磁探测系统及方法。
技术介绍
1、随着城市人口的增加，城市空间资源越发紧张，地下空间的开发及运营已逐渐成为趋势。然而，开发城市地下空间的过程中可能会出现地面塌陷、沉降、突水等危险情况。因此，利用地球物理方法先行对地下空间结构进行探测，描绘地质体分布情况，可以提升地下空间开发的安全性。
2、电磁法作为一种无损的探测方法，具有探测成本低、工作效率高、对电性异常敏感等优点。电磁法可分为时间域电磁法和频率域电磁法，时间域电磁法发射方波电流，瞬间关断的电流具有极其丰富的频率成分，依据趋肤深度原理，不同频率对应着不同的探测深度，因此，时间域电磁法单次测量可以探测多个深度，具有较高的效率。然而，由于城市区域的空间限制等因素，只能采用小型的线圈装置进行探测，这导致有效的发射磁矩受到限制。另一方面，时间域电磁法的接收信号受噪声影响严重，晚期信号甚至完全淹没在城市环境的电磁噪声中，这使得探测深度难以保证。此外，由于时间域电磁法频谱是连续的，来自深部地层的响应（对应晚期信号）易受到浅部地层响应（对应早期信号）的影响，造成时间域电磁法探测难以准确刻画地层细节。不同于时间域电磁法，频率域电磁法的波形在时域上呈周期性的稳态波形，波形能量稳定，能够进行大深度探测。从频谱看，多频发射波形具有多个频点，每个频点互不影响，因此适合对特定的深度进行探测。对于频率域电磁法，发射伪随机码形式的电流一次可以发射多个频点，但是其频点间隔是固定，难以对特定深度进行精细探测。
3、时间域电磁法和频率域电磁法在探测深度和探测分辨率方面各具优势，利用两种方法联合探测能够实现地下空间的全方位调查。然而，常规的电磁探测装置存在盲区大、施工效率低等问题，并且大规模的线圈装置无法在城市中大面积快速探测。因此，面向城市区域的环境复杂性，研制能够在城市中快速移动且兼顾探测和分辨率的时频联合电磁探测装置具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种城市地下空间拖曳式时频联合电磁探测系统，解决常规的电磁探测装置存在盲区大、施工效率低等问题，并且大规模的线圈装置无法在城市中大面积快速探测的问题。
2、本专利技术另一方面还提供一种城市地下空间拖曳式时频联合电磁探测方法，
3、本专利技术是这样实现的，
4、一种城市地下空间拖曳式时频联合电磁探测系统，包括拖曳车与移动平台，拖曳车与移动平台通过连接杆互相连接；包括：
5、时频联合探测系统的仪器部分置于拖曳车上，传感线圈部分置于移动平台上，
6、传感线圈部分包括发射线圈，用于发射时间域及频率域信号，产生激励磁场；补偿线圈，与发射线圈通过双绞线方式串连，二者通以相同电流，绕向相反，用于补偿发射线圈产生的一次场，在分析线圈阻抗时将二者视作串联的同一线圈；接收线圈，用于接收地下产生的涡流；
7、所述时频联合探测系统的仪器部分包括上位机，gps模块、主控模块、蓄电池、dc-dc变换器、桥路驱动模块、保护二极管、h桥发射模块、第一程控开关、高压钳位电源、吸收模块、电流驱动模块、调谐电路、第二程控开关、第三程控开关以及信号调理模块，
8、其中，上位机，用于人机交互，将系统运行所需参数传入主控模块，以及接收从主控模块传回的数据；
9、主控模块，用于系统整体时序控制及数据传输中转；
10、gps模块，用于记录系统当前位置状态，并将位置信息传入主控模块；
11、蓄电池，用于为系统整体供电；
12、dc-dc变换器，用于进行电平转换，将蓄电池电压转换为适宜于主控模块及其它模块使用的电压；
13、保护二极管，与h桥发射模块及蓄电池相连，用于保护后级电路，防止反接；
14、桥路驱动模块，与主控模块及h桥发射模块相连，用于接收主控模块的时序控制，完成电平转换，驱动h桥发射模块产生相应电流波形；
15、h桥发射模块，包括串联的igbt模块q1与igbt模块q3，串联的igbt模块q2与igbt模块q4，igbt模块q1与igbt模块q3之间连接第二程控开关与第三程控开关，igbt模块q2与igbt模块q4之间连接发射线圈的一端，igbt模块q1与igbt模块q2连接在保护二极管与第一程控开关的一端，igbt模块q3与igbt模块q4连接在高压钳位电源负极与蓄电池负极，形成h桥；
16、第一程控开关，包括一个igbt模块q7，与h桥发射模块及第一程控开关连接，用于控制高压钳位电源接入时间；
17、高压钳位电源，用于在时间域电磁法的电流波形关断期间进行钳位；
18、吸收模块，包括mos管q5、mos管q6及一个吸收电阻串联组成，吸收模块并联在发射及补偿线圈两侧，用于时间域电磁法的电流波形关断晚期产生的欠阻尼振荡，提升二次场信号质量；
19、第二程控开关，与发射及补偿线圈串连，用于在产生时间域电磁法的电流波形时屏蔽调谐电路影响；
20、第三程控开关以及调谐电路串联后与第二程控开关并联，第三程控开关用于在发射频率域电磁法电流波形时控制调谐电路接入系统的时间；
21、信号调理模块与接收线圈及主控模块相连，用于调理接收线圈的感应电压。
22、进一步地，所述调谐电路包括基于频点选取的磁芯电感及电容，一个频点与一组磁芯电感与电容对应，磁芯电感初级侧与电流驱动模块连接，磁芯电感次级侧与电容并联，多组磁芯电感、电容间呈并联关系，根据频率域电磁法发射的频点个数及范围选取不同参数进行定通频带的调谐，增大频率域电磁法的电流幅值。
23、进一步地，所述电流驱动模块与主控模块及调谐电路连接，用于接收主控模块的控制并转化为相应的电流信号，该电流信号将流经调谐电路中磁芯电感的初级侧，进而控制次级侧的电感值，实现不同频点切换，达到调谐目的，所述电流驱动模块包括多组电流驱动电路，调谐电路中每一组磁芯电感与电容对应着一组电流驱动电路，每组电流驱动电路包括一块锂电池和一个mos管和一个电阻形成的串联结构，串联在磁芯电感的初级侧，mos管工作在线性区时， 输出电流与控制电压成正比例关系，通过不同电流大小来控制磁芯电感的电感值。
24、一种城市地下空间拖曳式时频联合电磁探测探测方法，该方法包括：
25、步骤a：根据调查目标区域深度范围确定时间域电磁法的有效采集时间；确立时间域电磁法的整体发射时间；根据线圈参数确立吸收模块参数；
26、步骤b：根据探测精度要求和趋肤深度公式计算频率域电磁法发射的有效主频点；采用spwm方法发射多频正弦波，确立多频正弦波激励信号时序；根据主频点，确立调谐电路相关参数；
27、步骤c：根据发射时序，在一个周期内，进行一次时频联合电磁法电流发射，利用拖曳车及移动平台为载体，进行多次重复发射，直至探测完成目标区域即可结束。
28、进一步地，步骤a具体包本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种城市地下空间拖曳式时频联合电磁探测系统，包括拖曳车与移动平台，拖曳车与移动平台通过连接杆互相连接；其特征在于，包括：
2.按照权利要求1所述的一种城市地下空间拖曳式时频联合电磁探测系统，其特征在于，
3.按照权利要求2所述的一种城市地下空间拖曳式时频联合电磁探测系统，其特征在于，
4.一种采用权利要求1-3任一一项所述的一种城市地下空间拖曳式时频联合电磁探测系统的探测方法，其特征在于，该方法包括：
5.按照权利要求4所述的探测方法，其特征在于，步骤A具体包括：
6.按照权利要求5所述的探测方法，其特征在于，
7.按照权利要求5所述的探测方法，其特征在于，
8.按照权利要求7所述的探测方法，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种城市地下空间拖曳式时频联合电磁探测系统，包括拖曳车与移动平台，拖曳车与移动平台通过连接杆互相连接；其特征在于，包括：
2.按照权利要求1所述的一种城市地下空间拖曳式时频联合电磁探测系统，其特征在于，
3.按照权利要求2所述的一种城市地下空间拖曳式时频联合电磁探测系统，其特征在于，
4.一种采用权利要求1-...
【专利技术属性】
技术研发人员：林君，严复雪，皮帅，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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