本发明专利技术涉及TEM探测技术。本发明专利技术公开了一种基于瞬变电磁法的探测装置，其装置结构包括用于产生瞬变电磁场的发射天线和用于接收所述瞬变电磁场激发的二次电磁场的接收天线，所述发射天线由至少2个线圈构成的线圈阵列组成，所述线圈阵列产生的电磁场向设定区域汇聚。本发明专利技术将瞬变电磁法一次场发射天线由单一线圈改为多个线圈组成的线圈阵列，通过调整阵列中各个线圈的相关参数，使其产生的电磁场矢量叠加后汇聚到设定区域，大大改善了发射天线产生的电磁场的发散性，使一次场的覆盖范围受到了约束，提高了发射天线的汇聚性能。本发明专利技术主要用于电磁探测领域，如探矿、地下管道检测、金属探测等。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电磁探测技术，特别涉及一种时间域电磁法(Time domain electromagnetic method)也称为瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Method,简写为TEM)探测技术。
技术介绍
瞬变电磁法(TEM)是一种电磁探测技术，主要用于金属探测和矿物资源探测，瞬变电磁法在金属管道状态(如平均厚度、腐蚀程度、渗漏等)评估中运用较为广泛。TEM 利用发射天线中电流的瞬间变化产生脉冲电磁波(称为一次电磁场，或一次场)，在一次电磁场的激励下，被测物体内部由于电磁感应将产生随时间变化的感应电流，该感应电流又在周围空间激发二次电磁场(简称为二次场)，此二次场与被测导体的内部结构状态和参数相关，如管径、材质、管壁厚度、管内输送的介质等，这种脉冲瞬变响应具有时间上的可分性，这是实现管道状态检测的TEM技术基础。在此基础上利用接收天线接收该二次电磁场，分析并研究其与时间的变化关系，就可以对目标管线的当前状态进行定量和定性评估。 现有技术用于产生一次电磁场的发射天线，通常采用一个矩形或环形线圈(一般为平面线圈，结构参见图I、图2和图3)，通过控制流过线圈的电流产生突变，激发一次场覆盖区域的金属导体产生二次电磁场辐射。以正方形线圈构成的发射天线为例，其产生的一次场覆盖范围近似为边长=L+2h的正方形，其中，L为发射天线边长，h为探测深度。由于发射天线输出能量与L相关，为了得到一定的激发能量，L取值不能太小。可以看出，这种发射天线产生的一次场覆盖范围是发散的，随着探测深度的增加，电磁场覆盖范围增加，电磁场覆盖管段范围扩大。对于并行、交叉或靠近的管道，或者被测管道附近存在其他金属物体，由于他们产生的二次电磁场相互干扰，导致检测精度降低，甚至无法分辨有用信号和干扰信号。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，就是提供一种利用发射天线阵列实现空间电磁场分布向设定区域汇聚的基于瞬变电磁法的探测装置。本专利技术解决所述技术问题，采用的技术方案是，基于瞬变电磁法的探测装置，包括用于产生瞬变电磁场的发射天线和用于接收所述瞬变电磁场激发的二次电磁场的接收天线，其特征在于，所述发射天线由至少2个线圈构成的线圈阵列组成，所述线圈阵列产生的电磁场向设定区域汇聚。根据TEM的原理，发射天线产生的一次场覆盖范围愈小，测量的精度愈高。因此， 本专利技术结合磁约束方法与瞬变电磁法，将瞬变电磁法一次场发射天线由单一线圈改为多个线圈组成的线圈阵列，通过调整阵列中各个线圈的相关参数，使其产生的电磁场矢量叠加后汇聚到设定区域，大大改善了发射天线产生的电磁场的发散性，使一次场的覆盖范围受到了约束。本专利技术利用磁约束方法提高了发射天线的汇聚性能，进行探测时能有效避免周围金属介质的干扰，能够有效克服并排管道对检测结果的影响，勘测深度可以提高，能够更3精确的测量出小范围内管道参数，如管段平均厚度、直径、腐蚀情况等。进一步的，通过控制线圈阵列中各线圈流过的电流大小和/或相位使线圈阵列产生的电磁场向设定区域汇聚。发射天线产生的电磁场，与线圈中流过的电流大小、相位(包括电流方向)有关， 通过控制阵列中各个线圈的电流大小及其相位可以达到控制合成电磁场矢量方向和大小的目的，从而使线圈阵列产生的电磁场向设定区域汇聚。进一步的，通过调整线圈阵列中各线圈的形状和/或相对位置使线圈阵列产生的电磁场向设定区域汇聚。阵列中各线圈的形状及其相对位置都与线圈阵列的合成电磁场矢量的大小、方向及场的分布有关系，适当地调整各线圈的形状和/或相对位置，可以使线圈阵列产生的电磁场向设定区域汇聚。优选的，所述线圈阵列由2个线圈构成。由2个线圈构成的阵列结构最简单，其合成电磁场矢量容易控制，分析计算也比较简单。特别是工程上容易实现，具有实际意义。具体的，所述2个线圈分别位于2个平行的平面内，其在所述平面垂直方向的投影相接或至少有部分重叠。该方案利用2个位于平行平面的线圈配置调整空间电磁场的分布，通过调整2个线圈之间垂直距离、重叠部分大小和形状等，可以控制合成电磁场在空间的汇聚方向和位置。2个线圈在其平面垂直方向的投影可以相接或有部分重叠，相接可以理解为重叠部分为 O的情况。一般而言，对于重叠配置在两个平行平面内的线圈，合成电磁场主要集中在2个线圈重叠部分所覆盖的区域，即该线圈阵列产生的电磁场向重叠部分所覆盖的区域汇聚。进一步的，在2个线圈重叠部分配置有第三线圈，所述第三线圈所在平面与所述2 个线圈所在平面平行。在2个线圈重叠部分配置第三线圈，可以通过调整第三线圈的形状、大小、配置位置、驱动电流等，进一步控制合成电磁场的空间汇聚，缩小一次场覆盖范围，提高汇聚性能。具体的，所述2个线圈结构相同或不同。通过调整2个线圈的结构，也可以控制合成电磁场的汇聚性能。线圈结构主要包括形状、大小、匝数等参数。更具体的，所述线圈为矩形线圈或圆形线圈或三角形线圈。矩形线圈、圆形线圈或三角形线圈是形状比较简单的线圈结构，便于工业化生成和应用。推荐的，所述三角形线圈为等腰三角形线圈或等边三角形线圈。等腰三角形线圈或等边三角形线圈在绕制线圈匝数相同的情况下，可以节省线材。而且试验中，采用2个结构相同的等边三角形线圈构成的阵列，电磁场汇聚特性能改善明显，合成矢量调整也比较方便。更进一步的，所述等腰三角形线圈或等边三角形线圈相接的两条边或重叠部分的两条边平行。试验证明，这种配置方式，是采用等腰三角形线圈或等边三角形线圈较佳的配置方式，具有汇聚性能好，调整方便的特点。本专利技术的有益效果是，利用线圈阵列组成发射天线，能够根据需要通过调整阵列中各个线圈的空间配置，如相对位置、距离，各个线圈的电流大小、相位等，使一次场约束在设定范围，探测时能有效避免周围环境金属介质的干扰，特别有利于解决并排管道检测的实际问题，能够扩大探测深度，更精确的测量出小范围内管道平均厚度，提高腐蚀探测、金属探测、矿产探测的精度和准确性。图I是现有技术矩形发射天线结构示意图2是现有技术环形发射天线结构示意图3是图I和图2中P-P剖面的放大示意图4是实施例I的线圈阵列结构示意图5是图4的俯视图6是实施例2的线圈阵列结构示意图7是图6的俯视图8是实施例3的线圈阵列结构示意图9是图8的俯视附图说明图10是实施例4的线圈阵列结构示意图11是图10的俯视图12是实施例5的线圈阵列结构示意图13是图12的俯视图14是电磁场分布仿真图。其中，10——导线；11——绝缘介质；1——第一线圈；2——第二线圈；3——第三 ——第一线圈和第二线圈重叠部分覆盖的空间区域；B——第一线圈、第二线圈和第具体实施例方式下面结合附图及实施例，详细描述本专利技术的技术方案。现有技术发射天线采用的线圈结构如图I、图2和图3所示。从剖面3中可以看出，图I、图2分别是19匝的矩形和环形线圈。这种发射天线产生的一次场是发散的， 图14a给出了边长50cm的正方形线圈，顺时针方向通入IA的驱动电流，在距离线圈平面 IOOcm处的电磁场分布仿真图。本专利技术根据TEM的原理，对发射天线产生的一次场进行约束，将瞬变电磁法一次场发射天线由单一线圈改为由多个线圈组成的线圈阵列，这些构成阵列的线圈称为子线圈。本专利技术的发射天线阵列，可以通过调整阵列中各个子线圈的空间位置、形状、大小、驱本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘冀成，
申请(专利权)人：刘冀成，
类型：发明
国别省市：
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