CN103499838B - 异常体方位识别的瞬变电磁测量装置及其识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及异常体方位识别的瞬变电磁测量装置及其识别方法，装置包括发射线圈、双接收线圈和固定装置；所述双接收线圈由第一接收线圈和第二接收线圈构成，两者保持间距且平行对称固定于所述固定装置的两个相互对应的面上，并经各自的通道与接收机连接。所述第一接收线圈和第二接收线圈的绕制方向相同。所述固定装置为多边形柱状体，其上至少有两个面相互平行。本发明一方面，平行双接收线圈设计，其中一接收线圈为针对探测方向测量使用，另一接收线圈为分辨反方向感应信号，可分辨全空间效应，实现全空间条件下对异常体方位的判别；另一方面，本发明装置能提高现场施工工作效率，大大减少后期数据处理工作量。
Description
技术领域
本发明涉及一种瞬变电磁接收线圈技术，特别是用于实现全空间条件下对地层中异常体方位识别的瞬变电磁测量装置及其识别方法。
背景技术
瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间隙期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。该方法具有对低阻含水体特别灵敏、受体积效应影响小、纵横向分辨率高等特点，非常适用于煤矿巷道、隧道工程等超前地质预报。
但在地下矿井(钻孔)或隧道中，用瞬变电磁法对不良地质体进行探测时，与在地表对地表下进行探测截然不同。前者属于地下全空间反演，想要确定异常体的位置和范围，需要考虑周围空间的综合影响，在数据处理和反演计算时会产生假异常，且很难确定异常的具体空间方位(前后、左右、顶底板)，如在巷道测量中，当在一帮(如左帮)探测到异常体后，我们不能草率确定异常体就在左帮，需要对右帮再进行一次探测后综合确定，这样既影响施工效率，又增大了后期数据处理的工作量。在实际探测过程中，经常会出现误判的现象，这也是目前瞬变电磁法勘探中存在的一个难点问题，因此，需要设计一个新的探测装置来解决此问题，其研究意义重大。同理，在地面电磁场测量中，需要判断被动源或感应源是来自地下的辐射还是空中的雷电，具有类似的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提出一种能判定全空间范围内异常体方位并能提高工作效率的瞬变电磁测量装置。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：异常体方位识别的瞬变电磁测量装置，包括发射线圈、双接收线圈和固定装置；所述双接收线圈由第一接收线圈和第二接收线圈构成，两者保持间距且平行对称固定于所述固定装置的两个相互对应的面上，并经各自的通道与接收机连接。
所述发射线圈置于所述双接收线圈两端上方；所述第一接收线圈和第二接收线圈的绕制方向相同。
所述双接收线圈采用PCB线圈板，所述PCB线圈板上的覆铜蚀刻线圈形状为不闭合的圆形或方形。
所述固定装置为多边形柱状体，其上至少有两个面相互平行。
本发明另一目的是提供该装置对异常体方位的识别方法，包括以下步骤：
(1)激励电源对发射线圈进行激励，发射电流激发建立的一次磁场在空间对称位置反向，一次磁场方向与对称放置的单个接收线圈的空间相对位置关系相同；伴随电流关断过程，两接收线圈测量得到的一次磁场电压信号相位一致；
(2)在某一侧方位有异常体存在的情况下，单个接收线圈感生出的二次磁场与同侧一次磁场同向，则与对侧一次磁场反向，这就使得两个接收线圈测量得到二次磁场电压信号相位相反；
(3)靠近异常体一侧的二次场强绝对值要高于另一侧场强绝对值，测到的二次场强差与异常体距离成反比，满足必奥-萨法尔定理；
(4)第一接收线圈和第二接收线圈将接收到的信号通过各自通道传送至接收机，接收机对接收到的数据进行相位与场强分析可判定异常体的方位和距离。
本发明的有益效果：一方面，平行双接收线圈设计，其中一接收线圈为针对探测方向测量使用，另一接收线圈为分辨反方向感应信号，可分辨全空间效应，实现全空间条件下对异常体方位的判别；另一方面，本发明装置能提高现场施工工作效率，大大减少后期数据处理工作量。不仅可在钻孔内对异常体进行定位，也可在巷道内对左右帮、顶底板内异常体方位进行判定。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是实施例一的发射、接收线圈装置图。
图3是本发明的实验简易示意图。
图4是本发明实验所得的感应电压衰减曲线图。
图中，1.第一接收线圈，2.第二接收线圈，3.固定装置，4.第一通道，5.第二通道，6.发射线圈，7.铁块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
实施例一：如图1所示，本发明包括双接收线圈和安装双接收线圈的固定装置3。双接收线圈由第一接收线圈1和第二接收线圈2组成，两者在安放时，相互平行放置，并留有一定的距离；固定装置3为一多面柱状体，其中至少有两个面相互平行，以保证双接收线圈能够平行放置。当激励电源对发射线圈进行激励后，将相互平行且对称设置的第一接收线圈1和第二接收线圈2采集到的信号通过第一通道4和第二通道5传送至接收机。
实施例二：与实施例一的不同之处在于双接收线圈的绕制方式可多样，如采用PCB线圈板，其中PCB线圈板上的覆铜蚀刻线圈可绕成不闭合的圆形或方形。
实施例三：与实施例一的不同之处在于施工场地为掘进巷道，且发射线圈与接收线圈的摆置方式不同：发射线圈与接收线圈采用共中心点形式摆放，两个接收线圈相互平行摆放。它对巷道左右帮、顶底板异常体定位具有很大的应用价值。
如图3所示，其为利用本发明装置进行实验的简易示意图。第一接收线圈与第二接收线圈平行放置，在第一接收线圈的一侧放置一个铁块7，铁块与第一接收线圈保持一定的距离，用第一接收线圈和第二接收线圈同时对铁块7进行探测。本试验的探测原理为：当激励电源对发射线圈进行激励后，第一接收线圈和第二接收线圈均接收到铁块的感应信号，且感应信号分别通过第一通道4、第二通道5传送至接收机。由于在电源关断后，第一接收线圈和第二接收线圈接收到的一次场的方向相反，而接收到的铁块的感应信号(二次场)方向同向，因此，如果在一侧放异常，同侧第一接收线圈感应得到的二次场信号与其感应的一次场同号，另一侧第二接收线圈感应得到的二次场信号与其感应的一次场异号。
如图4所示，其为通过本发明装置所测的感应电压衰减曲线图，其中，a为第一接收线圈对测点—铁块7测量得到的感应电压衰减曲线，b为第二接收线圈对测点—铁块7测量得到的感应电压衰减曲线。从上图可以明显看出：
(1)两组数据在279.2μs以前，感应电压的大小大致相等(在一个数量级之内)。且在279.2μs以前，两组数据的衰减幅度，趋势也大致相当。
(2)在279.2μs以后，正对铁块的线圈1接收到的感应电压衰减信号保持衰减趋势，而在这之后，线圈2接收到的感应电压信号骤然下降为负值，晚期信号表现为负向衰减特征；
其中，(1)(2)说明了对同一测点测量时，平行设置的第一接收线圈1和第二接收线圈2通过其测量到的时间-感应电压曲线形态，能够有效的辨别出小铁块相对于第一接收线圈1和第二接收线圈2的位置(左右关系)。因此，在工程应用中能够有效的探测出异常相对于线圈的左右位置关系，有很好的工程勘探应用价值。
本发明具体在实施过程中，一是要根据实际工作需要，确定发射线圈和双接收线圈的摆放位置，发射、接收线圈的匝数、边长等参数，双接收线圈相互平行放置，并留一定的距离，双接收线圈的绕制方向相同，且以中心轴线对称放置；二是要根据工作需要，确定固定装置的形状，固定装置可为任意形状，只要保证双接收线圈能够平行放置即可；确定好后，将平行双接收线圈安装于固定装置上。
上述仅为本发明的实施例而已，对本领域的技术人员来说，本发明有多种更改和变化。凡在本发明的发明思想和原则之内，作出任何修改，等同替换，改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.异常体方位识别的瞬变电磁测量装置，其特征在于：包括发射线圈、双接收线圈和固定装置；所述双接收线圈由第一接收线圈和第二接收线圈构成，两者保持间距且平行对称固定于所述固定装置的两个相互对应的面上，并经各自的通道与接收机连接；所述发射线圈为一对线圈，激励电源对发射线圈进行激励，发射电流激发建立的一次磁场在空间对称位置反向；所述发射线圈分别置于所述双接收线圈两端且垂直于第一接收线圈或第二接收线圈所在平面；所述第一接收线圈和第二接收线圈的绕制方向相同。
2.根据权利要求1所述的异常体方位识别的瞬变电磁测量装置，其特征在于：所述固定装置为多边形柱状体，除上、下底面平行外，至少有两个侧面相互平行。
3.根据权利要求1所述的异常体方位识别的瞬变电磁测量装置，其特征在于：所述双接收线圈采用PCB线圈板，所述PCB线圈板上的覆铜蚀刻线圈形状为不闭合的圆形或方形。
4.实施权利要求1-3任一项所述装置对异常体方位的识别方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）激励电源对发射线圈进行激励，发射电流激发建立的一次磁场在空间对称位置反向；伴随电流关断过程，两接收线圈测量得到的一次磁场电压信号相位一致；
（2）在某一侧方位有异常体存在的情况下，该侧接收线圈感生出的二次磁场与一次磁场同向，对侧反向，这就使得两个接收线圈测到得二次磁场电压信号相位相反；
（3）靠近异常体一侧的二次场强绝对值要高于另一侧场强绝对值，测到的二次场强差与异常体距离成反比，满足必奥-萨法尔定理；
（4）第一接收线圈和第二接收线圈将接收到的信号通过各自通道传送至接收机，接收机对接收到的数据进行相位与场强分析可判定异常体的方位和距离。
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