CN107356976A

CN107356976A - 一种便携组装式瞬变电磁线圈装置

Info

Publication number: CN107356976A
Application number: CN201710574118.9A
Authority: CN
Inventors: 王红英; 戚豹; 崔蓬勃
Original assignee: Jiangsu Institute of Architectural Technology
Current assignee: Jiangsu Institute of Architectural Technology
Priority date: 2017-07-14
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2017-11-17
Anticipated expiration: 2037-07-14
Also published as: CN107356976B

Abstract

本发明公开了一种便携组装式瞬变电磁线圈装置，包括线棒、连接器和输出线，线棒通过连接器首尾相接组装成闭合线框；所述线棒内平行布置有若干线芯，所述线芯包括发射线芯和/或接收线芯；所述连接器包括标准连接器和跳线连接器，跳线连接器设置有输出口，输出线通过跳线连接器的输出口接出，输出线可导出发射、接收线圈连接线，对于低关断时间近场探测，可用减匝标准连接器和减匝跳线连接器替换标准连接器、跳线连接器，组装成少匝、低互感线圈，提高近场围岩测试数据质量。该线圈装置仅需通过串联线棒、更换减匝连接器便可组装成各种尺寸和匝数的线框，大大减少了人工缠绕工作量，整个线圈可拆卸、组装方便，便于携带和运输。

Description

一种便携组装式瞬变电磁线圈装置

技术领域

本发明涉及一种便携组装式瞬变电磁线圈装置，尤其涉及一种巷道瞬变电磁组合式发射、接收线圈。

背景技术

瞬变电磁探测方法是利用发射线圈产生电磁激励，使地质体产生二次场，在激励源关闭后利用接收线圈接收地质体产生的二次场，通过分析二次场衰变规律反分析地质体视电阻率，达到探测低阻地质体的目的。巷(隧)道全空间瞬变电磁方法具有测试方便、工作效率高、分辨率高和对低阻体(充水、夹泥)反应灵敏的优点而被广泛应用于超前地质预报，而瞬变电磁发射、接收线圈性能是决定测试数据质量的重要因素之一。

目前瞬变线圈及支架的设计种类多样，一般是利用不同材料形成圆形或方形外边框，然后将人工匝成的线圈固定在边框上，由于匝成的线圈为一体式，且具有较大的尺寸，在使用时难以保证其完全伸展，实际尺寸与理论值有一定的偏差，且大尺寸线圈包装和运输也极为不便。由于不同巷(隧)道的断面尺寸、探测精度和探测距离各异，需根据其特定要求确定线圈匝数和平面面积，同一线圈无法满足对所有工程的探测要求，现场缠绕线圈需时较长，线圈利用率低。另外，巷(隧)道常用的重叠回线装置的发射和接收线圈往往相互缠绕、两者互感信号强，测试数据早期数据分辨率极差，影响近场围岩不良地质预测预报准确性。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种便携组装式瞬变电磁线圈装置，以满足低互感、不同平面尺寸和匝数瞬变电磁线圈装置线圈的快速组装和测试的目的。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种便携组装式瞬变电磁线圈装置，包括线棒、连接器和输出线，线棒通过连接器首尾相接组装成闭合线框；所述线棒内平行布置有若干线芯，所述线芯包括发射线芯和/或接收线芯；所述连接器包括标准连接器和跳线连接器，跳线连接器设置有输出口，输出线通过跳线连接器的输出口接出。

本案中，跳线连接器与标准连接器相比，除了条线连接器设置有输出口外，其两端(A端和B端)的连线方式根据也可能存在不同：标准连接器仅仅将两端相同位置的接线柱进行连接；而为了将所有的线芯串联成一根线(发射或接收)或两根线(发射+接收)，跳线连接器需要将A、B端两端跳一个连接，如后面实施例中跳线连接器的接线方式。

本案中，瞬变电磁线圈包括发射线圈和接收线圈两种，可以分开设计，基于本案，即线棒内仅有发射线芯和仅有接收线芯的情况；但是常规方法是将发射线圈和接收线圈叠加在一起，基于本案，即线棒内同时存在发射线芯和接收线芯。针对同时具备发射线芯和接收线芯的情况，我们将线棒的电缆皮套内的所有线芯分为两部分，一部分作为发射线芯，一部分作为接收线芯，而两种线芯的占比可以根据情况分配。如图3所示，F线芯用来串联成发射线圈，S线芯用来串联成接收线芯，最终从跳线接收器(图5中的51)接出四个接头(发射线圈和接收线圈各两个线头)。

本案中，线棒内线芯的数量决定了发射线圈和接收线圈的最高匝数，比如线棒内一共有100匝线芯，发射线芯(或发射线圈)有n匝，接收线芯(或接受线圈)则有100-n匝，在此基础上还可以通过减匝连接器减少匝数，最少可以各为1匝。

优选的，所述线棒和连接器之间通过公母接头连接，以提高各个部件的通用性。

优选的，所述连接器上的每个接线柱将相邻的一条以上线芯并联以形成减匝，即在常规的每个接线柱连接一条线芯的基础上，我们将相邻的几条线芯并联起来连接在一个接线柱上。由于标准连接器和跳线连接器中已经完成了连接器两端对应接线柱的连接，因此相对于常规连接方式，采用每个接线柱并联多条线芯的方式，无疑增加了线芯直径，减少了相同线芯线棒组成线圈的匝数。例如，原来是100匝2mm²的线芯，若将相邻的2根并联，这样两根并做一根(虽然两根线芯实际是分离的，但是效果是一样的)，截面变为2×2mm²，匝数变为原来的1/2，即50匝。我们可以将存在并联的连接器称为减匝连接器，具体分为减匝标准连接器和减匝跳线连机器

优选的，所述线棒由一个以上标准线棒串联而成。该设计使得整个瞬变电磁线圈可以拆分成更小的组件，也方便组装成更大的瞬变电磁线圈。

优选的，所述标准线棒两端的公母接头与连接器上的公母接头相适配，即单个标准线棒可直接与连接器连接。

优选的，所述线棒中的线芯平行布置，由发射线芯连接而成的发射线圈和由接收线芯连接而成的接收线圈，经连接器后的线束不交叉。

优选的，所述线棒为直线型或弧线型，结合连接器可以组装成正方形、长方形、圆形、椭圆形等闭合线框，即形成不同形状的瞬变电磁线圈。

优选的，所述线棒的长度为0.2～10m，线棒中线芯的数量为4～200，线芯的直径为0.1～10mm²。

优选的，线芯的包裹材料、线棒的包裹材料和连接器的包裹材料均为非导体材料，如PVC、PE、EVA或玻璃纤维等。

有益效果：本发明提供的便携组装式瞬变电磁线圈装置，相对于现有技术，具有如下优势：1、发射和接收线圈由线棒、标准连接器、跳线连接器和输出线组成，大尺寸线圈亦可由多根线棒串接组成，方便长距离携带和搬运，且现场组装方便，仅需2人即可完成普通线圈3～4人才能胜任的工作；2、采用非导体材料将发射线圈和接收线圈线芯平行固定在线棒中，减小了人工缠绕线圈线芯互绕造成的强互感效应，提高了近场围岩探测有效性和精度；3、标准连接器和跳线连接器可将相邻多根线芯并联，仅需更换连接器便可组装成少匝、低磁通量、小关断时间线圈，大大提高了线圈的利用率，可利用同一线棒实现浅层和深层围岩组合探测，有效减小了探测盲区，提高了探测分辨率和精度；4、发射和接收线圈均由非导体、耐磨外层包裹，可有效避免现场复杂环境引起的线圈破皮短路，挂断断路等问题，实现复杂工程环境下的快速、高质量探测。

附图说明

图1为本发明的组装式瞬变电磁线圈装置结构示意图；

图2为本发明的组装式瞬变电磁线圈装置标准线棒示意图；

图3为本发明的组装式瞬变电磁线圈装置连接器线柱示意图；

图4为本发明的组装式瞬变电磁线圈标准连接器示意图；

图5为本发明的组装式瞬变电磁线圈跳线连接器示意图；

图6为本发明的组装式瞬变电磁线圈输出线示意图；

图7为本发明的组装式瞬变电磁线圈现场测试数据。

图中：1-线棒；2-标准连接器；3-跳线连接器；4-输出线；11-标准线棒；31-发射线柱；32-接收线柱；51-输出口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种便携组装式瞬变电磁线圈装置，包括线棒1、连接器和输出线4，线棒1通过连接器首尾相接组装成闭合线框；所述线棒1内平行布置有若干线芯，所述线芯包括发射线芯和接收线芯；所述连接器包括标准连接器2和跳线连接器3，跳线连接器3设置有输出口51，输出线4通过跳线连接器3的输出口接出。线棒1可以是单根标准线棒11，也可以是由多根标准线棒11串联组成的大尺寸线棒。

将连接器两端的接头分别记为A端和B端，A端和B端的接线柱位置形式相同，且两端编号位置相同的接线柱由内部线芯相连，两端接线柱的连接方式为(“-”表示连接)：AF1-BF1、AF2-BF2、……、AFn-BFn、AS1-BS1、AS2-BS2、……、ASn-BSn。

本案的跳线连接器上含有a、b、c、d四个线芯输出口，其A端和B端的接线柱的连接方式为：AF1-a、BFn-b、AS1-c、BSn-d、AF2-BF1、……、AFn-BF(n-1)、AS2-BS1、……、ASn-BS(n-1)。

将多根线棒1、多个标准连接器2和一个跳线连接器3相连可组成以闭合线框，将输出线4与跳线连接器3上的输出口51相连可导出发射、接收线圈连接线，将其与主机相连可进行围岩瞬变电磁超前探测。

接线器A端/B端相邻的多根接线柱可并联，以减少相同线棒串联后线圈的匝数，以1/2倍减匝连接器为例(相邻两根线芯并联)，其减匝标准连接器柱接线方式为(“//”表示并连)：AF1//AF2-BF1//BF2、……、AF(n-1)//AFn-BF(n-1)//BFn、AS1//AS2-BS1//BS2、……、AS(n-1)//ASn-BS(n-1)//BSn，其减匝跳线连接器线柱接线方式为：AF1//AF2-a、BF(n-1)//BFn-b、BS1//BS2-c、BS(n-1)//BSn-d、AF3//AF4-BF1//BF2、……、AF(n-1)//AFn-BF(n-3)//BF(n-2)、AS1//AS2-BS1//BS2、……、AS(n-1)//ASn-BS(n-3)//BS(n-2)，其组装成的线圈等效面积为非减匝连接器组装线圈等效面积的1/2，利用相同的线柱并联减匝方法可实现其它倍数线圈面积的改变。

下面结合实施例对本发明做出进一步的说明。

新疆某引水隧洞掌子面顶部出现涌水，涌水量高达400m³/h，为探查掌子面前方100m范围富水体和疏水通道位置，采用瞬变电磁法对隧道进行超前探测。根据隧道石灰岩岩性和100m探测距离，选用长距离60芯发射线圈和45芯接收线圈，发射线芯1.5mm²、接收线芯2mm²，近场围岩发射线圈20匝、接收线圈15匝，线圈大小为2m×2m。线棒长2m、由60芯1.5mm²和40芯2mm²平行线芯组成，连接器均为(60+45)针接头，线芯和连接器外封层均为PVC材料，普通连接器两端头连线方式为：AF1-BF1、…、AF60-BF60、AS1-BS1、…、AS45-BS45；普通跳线连接器连线方式为：AF2-BF1、…、AF59-BF60、AS2-BS1、…、AS44-BS45、AF1-a、BF60-b、AS1-c、AS45-d；1/3倍减匝连接器两端头连线方式为：AF1//AF2//AF3-BF1//BF2//BF3、…、AF58//AF59//AF60-BF58//BF59//BF60、AS1//AS2//AS3-BS1//BS2//BS3、…、AS43//AS44//AS45-BS43//BS43//BS45；1/3倍减匝跳线连接器两端头连线方式为：AF1//AF2//AF3-a、BF58//BF59//BF60-b、AS1//AS2//AS3-c、BS58//BS59//BS60-d、AF4//AF5//AF6-BF1//BF2//BF3、…、AF58//AF59//AF60-BF55//BF56//BF57、AS4//AS5//AS6-BS1//BS2//BS3、…、AS55//AS56//AS57-BS58//BS59//BS60。图7为标准线圈和1/3倍减匝线圈测试数据，(60+45)匝线圈关断时间为1250μs、1/3倍减匝线圈关断时间约为80μs。通过使用减匝连接器减小了所组成线圈的匝数，通过两套数据的联合预测可大大减小超前探测盲区，两套线圈现场测试过程仅用时30min，测试数据稳定性良好，远远小于常规缠绕线圈测试方法所需的3～4h。因此，采用便携组装式线圈测试过程方便快捷、测试数据稳定性好，大大提高了工作效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种便携组装式瞬变电磁线圈装置，其特征在于：包括线棒、连接器和输出线，线棒通过连接器首尾相接组装成闭合线框；所述线棒内平行布置有若干线芯，所述线芯包括发射线芯和/或接收线芯；所述连接器包括标准连接器和跳线连接器，跳线连接器设置有输出口，输出线通过跳线连接器的输出口接出。

2.根据权利要求1所述的便携组装式瞬变电磁线圈装置，其特征在于：所述线棒和连接器之间通过公母接头连接。

3.根据权利要求1或2所述的便携组装式瞬变电磁线圈装置，其特征在于：所述连接器上的每个接线柱将相邻的一条以上线芯并联以形成减匝。

4.根据权利要求1或2所述的便携组装式瞬变电磁线圈装置，其特征在于：所述线棒由一个以上标准线棒串联而成。

5.根据权利要求4所述的便携组装式瞬变电磁线圈装置，其特征在于：所述标准线棒两端的公母接头与连接器上的公母接头相适配。

6.根据权利要求1或2所述的便携组装式瞬变电磁线圈装置，其特征在于：所述线棒中的线芯平行布置，由发射线芯连接而成的发射线圈和由接收线芯连接而成的接收线圈，经连接器后的线束不交叉。

7.根据权利要求1或2所述的便携组装式瞬变电磁线圈装置，其特征在于：所述线棒为直线型或弧线型。

8.根据权利要求1或2所述的便携组装式瞬变电磁线圈装置，其特征在于：所述线棒的长度为0.2～10m，线棒中线芯的数量为4～200，线芯的直径为0.1～10mm²。

9.根据权利要求1或2所述的便携组装式瞬变电磁线圈装置，其特征在于：所述线芯的包裹材料、线棒的包裹材料和连接器的包裹材料均为非导体材料。