【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及瞬变电磁探测，尤其涉及一种补偿磁矩可调的瞬变电磁一次场消除装置及方法。
技术介绍
1、瞬变电磁法是一种时间域电磁探测方法，一般用于探测地下介质的电性分布，识别隐伏异常体的存在并进行定位。其基本原理是利用接地或非接地的发射源在探测区域产生稳定的磁场，然后迅速关闭磁场的场源。根据电磁感应定律，地下介质会产生随时间变化的二次场。通过观测和记录感应的瞬变电磁响应来推断地下电性分布，开展异常体识别和定位。瞬变电磁法具有体积效应小、工作效率高和较高的低阻分辨率等优点，在地球电磁探测领域广泛应用。在实际的瞬变电磁探测工作中，小回线瞬变电磁装置采用尺寸在亚米级至十米级的小回线发射源，具有体积效应更小、工作效率更高、环境适应能力更强等优势，因此在含水致灾体检测、地下采空区探测、未爆弹检测、隧道超前预报等特殊场景中得到了广泛应用。
2、小回线瞬变电磁装置的发射回线和接收线圈通常在空间上距离非常接近，容易产生线圈的自感和互感效应。并且，为了探测更深层次的地下结构，通常需要增加发射线圈的匝数以增大发射磁偶极矩，但是这也相应地增强了自感和互感效应。
3、目前，常采用补偿方法来解决这个问题，即在接收线圈附近设置一个补偿线圈，其发射反向磁矩与原发射线圈相抵消，以消除自感和互感响应，进而消除小回线瞬变电磁中的一次场混叠现象。这种补偿方法需要根据系统的工作状态进行调零操作，以确保在接收线圈中将一次场响应完全或近似完全抵消。然而，由于线圈绕制完成后，其物理面积调整不便。在实际工作中，往往固定补偿磁矩，并通过调整接收线圈的几何位
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种补偿磁矩可调的瞬变电磁一次场消除装置及方法，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。
2、根据本专利技术的一种补偿磁矩可调的瞬变电磁一次场消除装置，包括装置本体，装置本体包括用于向电路馈入特定电流的发射机和用于测量所述电路两端电压以作为接收电压的接收机，还包括两端与接收机相连的接收线圈和与发射机的一极相连并用于在接收线圈中产生感应电压的发射线圈；还包括：
3、补偿线圈，为一个多匝线圈，与发射线圈串联连接于发射机的另一极，位于发射线圈和接收线圈之间；其中电流方向与发射线圈中的电流相反，以在接收线圈中产生与发射线圈产生的第一感应电压方向相反的第二感应电压；
4、补偿线圈所发射磁场在接收线圈中的磁通量，采用下式计算：
5、
6、其中n2为补偿线圈的匝数，nr为接收线圈的匝数，μ0为磁导率，i2为补偿电流大小，l2是补偿线圈所围成的闭合曲线，作为积分路径，dl是积分路径上的微分单元；r为电流元指向待求场点的向量，r为电流元到待求场点的距离，s是接收线圈所包围的平面，作为积分平面，ds为积分平面上的微分单元，补偿线圈的匝数设置为略多于理想情况下调零所需要的匝数，装置处于过补偿状态；
7、可调电阻，并联于补偿线圈两端，用于调整补偿线圈的分流并改变补偿线圈内的电流大小，改变补偿线圈内的电流大小，以调整补偿磁矩。
8、作为优选，所述可调电阻为一个滑动变阻器。
9、作为优选，所述发射机用于发生单频正弦波或瞬变电磁方波；所述特定电流包括单频正弦波电流或瞬变电磁方波电流。
10、作为优选，所述发射线圈围绕于接收线圈的外侧，并用于作为单频正弦波电流和瞬变电磁方波电流的回路。
11、发射线圈所发射磁场在接收线圈中的磁通量，采用下式计算：
12、
13、其中n1为发射线圈的匝数，nr为接收线圈的匝数，μ0为磁导率，i1为发射电流大小，l1是发射线圈所围成的闭合曲线，作为积分路径，dl是积分路径上的微分单元；r为电流元指向待求场点的向量，r为电流元到待求场点的距离，s是接收线圈所包围的平面，作为积分平面，ds为积分平面上的微分单元，补偿线圈的匝数设置为略多于理想情况下调零所需要的匝数，装置处于过补偿状态；
14、作为优选，还包括限流电阻，串联于补偿线圈上；用于保证补偿线圈具备一定的电阻值，从而具备限流能力，避免电流过大导致装置损坏。
15、根据本专利技术的一种补偿磁矩可调的瞬变电磁一次场消除方法，基于所述的一种补偿磁矩可调的瞬变电磁一次场消除装置以进行；其具体包括以下步骤：
16、步骤s1、装置本体按特定方式布置于针对要探测的目标体所提供的测点处；
17、步骤s2、发射机馈入发射线圈单频正弦电流，并通过接收机记录接收线圈两端的电压；
18、步骤s3、逐渐减小可调电阻的阻值，并观察接收电压，直至接收电压的模值开始增大；
19、步骤s4、继续调整可调电阻的阻值，直至接收电压的模值为能够被调整所得到的最小值；
20、步骤s5、将装置本体平放于观测面上，发射机馈入发射线圈瞬变电磁方波电流，完成该测点的瞬变电磁数据采集；
21、步骤s6、停止瞬变电磁数据采集，然后可调电阻重新置于阻值最大处，准备下一测点的采集。
22、步骤s7、重复以上过程，完成所有测点采集，进行地下介质成像，分析异常体是否存在，并进行异常体定位。
23、作为优选，步骤s1中，所述特定方式为装置本体竖直立于观测面上，令发射线圈和接收线圈所在平面与观测面垂直，可调电阻置于阻值最大处。
24、相对于现有技术，本专利技术具有以下显著的进步：
25、(1)本专利技术提出了一种通过调整补偿磁矩来精确消除瞬变电磁一次场的方法，从物理上有效解决了小回线瞬变电磁探测中由自感和互感引起的响应畸变问题，为后续数据处理解释提供有效数据；
26、(2)本专利技术所提出的瞬变电磁一次场消除方法，通过调节可调电阻来改变补偿电流，进而实现补偿磁矩的调整，无需改变系统的几何结构，调节方法具有较强的鲁棒性，能够方便、可靠地实现瞬变电磁一次场消除。
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1.一种补偿磁矩可调的瞬变电磁一次场消除装置，包括装置本体，装置本体包括用于向电路馈入特定电流的发射机和用于测量所述电路两端电压以作为接收电压的接收机，还包括两端与接收机相连的接收线圈和与发射机的一极相连并用于在接收线圈中产生感应电压的发射线圈；其特征在于：还包括：
2.根据权利要求1所述的一种补偿磁矩可调的瞬变电磁一次场消除装置，其特征在于：所述可调电阻为一个滑动变阻器。
3.根据权利要求1所述的一种补偿磁矩可调的瞬变电磁一次场消除装置，其特征在于：所述发射机用于发生单频正弦波或瞬变电磁方波；所述特定电流包括单频正弦波电流或瞬变电磁方波电流。
4.根据权利要求3所述的一种补偿磁矩可调的瞬变电磁一次场消除装置，其特征在于：所述发射线圈围绕于接收线圈的外侧，并用于作为单频正弦波电流和瞬变电磁方波电流的回路。
5.根据权利要求1所述的一种补偿磁矩可调的瞬变电磁一次场消除装置，其特征在于：还包括限流电阻，串联于补偿线圈上。
6.一种补偿磁矩可调的瞬变电磁一次场消除方法，其特征在于：基于权利要求1-5中任一所述的一种补偿磁矩可调
7.根据权利要求6所述的一种补偿磁矩可调的瞬变电磁一次场消除方法，其特征在于：步骤S1中，所述特定方式为装置本体竖直立于观测面上，可调电阻置于阻值最大处。
...【技术特征摘要】
1.一种补偿磁矩可调的瞬变电磁一次场消除装置，包括装置本体，装置本体包括用于向电路馈入特定电流的发射机和用于测量所述电路两端电压以作为接收电压的接收机，还包括两端与接收机相连的接收线圈和与发射机的一极相连并用于在接收线圈中产生感应电压的发射线圈；其特征在于：还包括：
2.根据权利要求1所述的一种补偿磁矩可调的瞬变电磁一次场消除装置，其特征在于：所述可调电阻为一个滑动变阻器。
3.根据权利要求1所述的一种补偿磁矩可调的瞬变电磁一次场消除装置，其特征在于：所述发射机用于发生单频正弦波或瞬变电磁方波；所述特定电流包括单频正弦波电流或瞬变电磁方波电流。
4.根据权利要求3所...
【专利技术属性】
技术研发人员：智庆全，武军杰，王兴春，陈晓东，杨毅，张杰，邓晓红，
申请(专利权)人：中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，
类型：发明
国别省市：
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