CN107356977A - 一种消除瞬变电磁一次场的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种消除瞬变电磁一次场的装置，属于瞬变电磁法技术领域。装置包括发射机及发射线圈，所述发射线圈包括两个以上等长的接收线圈分割段，每对相邻发射线圈分割段的两个相邻的端点分别连接双绞线一端的两根供电线，双绞线的另一端连接发射机。通过本发明提供的装置，可以大大缩短TEM接收线圈一次场感应电压脉冲宽度。从传统的几百us缩短到几十us，为TEM电法勘探提供较理想消除瞬变电磁一次场的装备。理论上，发射线圈被分割越多，一次场的消除越理想。同时，由于分割线圈后发射电流的响应速度大幅度提高，本发明也可以应用于磁偶极子的频率测深。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种消除瞬变电磁一次场的装置，属于瞬变电磁法技术领域。
背景技术
磁性源瞬变电磁的测量信号是二次场，而实际施工中，发射机在关断电流的瞬间，产生很强的一次场，该一次场直接耦合到接收线圈中，使得接收早期信号同时包括一次场和二次场的信息而无法分离。一次场的存在对二次场信号造成了严重的污染，使得早期信号无法使用，不但无法探测浅部构造的能力，同时也降低了TEM的分辨能力。
磁性源TEM要求发射机产生一个类似于瞬间阶跃的一次场源，也就是一次场在接收机中的感应电压是一个理想无穷窄的单脉冲δ(t)函数，持续时间为零。但是，实际施工中由于发射线圈电感的作用，一次场在接收机中的感应电压被大大拉宽，持续了较长一段时间(几百微秒)后才消失。这必然使得基于理论响应为基础的反演结果带来误差。
假设发射线圈电感为L，流过的电流为i，则线圈面积为A，产生的磁通量φ为：
φ＝L·i
由于线圈内磁场分布并不均匀，所以计算线圈内个点磁场密度比较复杂，为了研究方便，这里采用平均一次场的概念，即假设线圈内磁场均匀，这样就大大简化了一次场的计算。简化的平均一次场(以下简称一次场)并不是线圈内的实际磁场，而使线圈内磁场的平均值。
则产生的一次场为：
其中i是交流电流。可见，一次场与线圈电流i、线圈面积A及线圈电感L有关，对于一个现有的线圈，其电感与面积是固定的，所以只要获得一个瞬间变化的电流，那么就可以获得一个瞬间变化的一次场。
对于一个发射线圈，假设其电阻为R，电感为L，发射电压为U，那么发射线圈的开通电流波形为：
关断电流波形为：
则关断电流变化率为：
为了获得一个瞬间变化的一次场，则要求电流变化率无穷大，从公式可以看出，只有让电感量很小才可以实现这个目的。
发明内容
为解决现有技术的上述问题，本发明通过以下几个技术来实现这个目标。
1、把发射线圈进行等长分段，利用多个等长分段供电导线等效一个线圈；
2、发射线圈分段的地方利用双绞线接到发射机的两端输出；
3、供电线的接线必须保证切割分段线圈最外围具有相同的电流方向，从而等效成一个线圈流过的等量电流。
通过本发明专利，一次场可以得到有效抑制甚至完全消除的目的。
具体的，消除瞬变电磁一次场的装置，包括发射机及发射线圈，所述发射线圈包括数量为2个以上等长的发射线圈分割段，每对相邻发射线圈分割段的两个相邻的端点分别连接双绞线一端的两根供电线，双绞线的另一端连接发射机。
进一步的，所述发射线圈包括4个的等长的发射线圈分割段。
进一步的，所述发射机设置在发射线圈内部。
进一步的，所述发射机设置在发射线圈外部。
进一步的，所述发射线圈包括任意多个等长发射线圈分割段。
进一步的，所述发射线圈为单匝或多匝。
本发明的有益效果在于：通过本发明提供的装置，可以大大缩短TEM接收线圈一次场感应电压脉冲宽度。从传统的几百us缩短到几十us，为TEM电法勘探提供较理想消除瞬变电磁一次场的装备。理论上，发射线圈被分割越多，一次场的消除越理想。
同时，由于分割线圈后发射电流的响应速度大幅度提高，本发明也可以应用于磁偶极子的频率测深。
附图说明
图1为发射机放在发射线圈内部的原理图；
图2为发射机放在发射线圈外部的原理图；
图3为4等分线圈后的等效负载模型示意图；
图4为线圈4等分与8等分前后接收线圈的感应电压对比示意图；
图5为线圈4等分与8等分前后的电流发射特性对比示意图。
附图标记如下：
1、发射机，2、发射线圈，3、双绞线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明：
本发明把发射线圈2进行等量分割，在分割处，用双绞线3送到发射机1，从而形成分段线圈，发射机1放在发射线圈2内部，如图1所示。发射机1也可以放在发射线圈2外部，如图2所示。
所谓双绞线3，就是两根供电线相互绞缠起来，如果流过双绞线3两根线的电流大小相等，方向相反，那么绞缠在一起的供电线所产生的磁场相互抵消，从而不产生磁通，也就没有电感成分。
本发明中，由于双绞线3流过的电流大小相等，方向相反，产生的磁场相互抵消，没有产生磁通量，那么整个发射线圈2的磁场等效一个大线圈的磁场。也就是如果分割前后发射线圈2电流不变，则线圈内部磁通不变，磁场分布不变。根据电感的定义：
其中φ是通过线圈的磁通量，i是流过线圈的电流。
假设线圈内的磁场均匀分布，发射线圈面积为A，对发射线圈进行4份等长分割，发射线圈内有一个接收线圈面积为1m2，那么该接收线圈的感应电压为：
由于被分割的四个回路平均分配了总磁通，所以，其电感量为没有分割线圈的1/4。假设分割前线圈电感为L，则分割4个线圈后，发射机1的负载等效为4个L/4电感的并联。假设分割前，线圈电阻为R，则分割后单个线圈的电阻为7R/12，那么获得的等效负载模型如图3所示：
为了验证发明的优势，进行如下的实验。对分割线圈前后的发射电流进行对比，为了方便电流关断的对比，线圈电阻取分割前的线圈电阻。假设线圈内的磁场均匀分布，发射线圈面积为10m2，接收线圈面积为1m2，发射电压为25V，发射线圈电阻为2Ω，未分割发射线圈电感为0.5mH，发射线圈分别被分割成4份和8份，分割前后的一次场在接收线圈内产生的感应电动势如图4所示。
图4中方块标记的线为8等分发射线圈条件下对应接收线圈的感应电压，三角标记的线为4等分发射线圈条件下对应接收线圈的感应电压，十字标记的线为原始发射线圈条件下对应接收线圈的感应电压。由图4可知，等分线圈越多，一次场在接收线圈中产生的电压越窄，4等分为48us左右，8等分为24us左右，而线圈等分前，一次场在接收线圈中产生的电压脉冲很宽，达到了170us左右。所以，发射线圈分割后，一次场对接收线圈感应电压更窄，更接近单脉冲δ(t)函数，大幅度消除了其一次场对二次场的影响。
线圈分割前后的电流发射特性如图5所示。
图5中虚线表示8等分发射线圈条件下对应发射电流，点虚线表示4等分发射线圈条件下对应发射电流，实线表示原始发射线圈条件下对应的发射电流。由图5可知，等分发射线圈越多，电流发射的高频特性越好，可见，等分线圈技术同样可以应用于发射高频磁偶极子远区频率域测深。
以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种消除瞬变电磁一次场的装置，包括发射机及发射线圈，其特征在于，所述发射线圈包括数量为两个以上等长的发射线圈分割段，每对相邻发射线圈分割段的两个相邻的端点分别连接双绞线一端的两根供电线，双绞线的另一端连接发射机。
2.如权利要求1所述的消除瞬变电磁一次场的装置，其特征在于，所述发射线圈包括4个的等长的发射线圈分割段。
3.如权利要求1所述的消除瞬变电磁一次场的装置，其特征在于，所述发射机设置在发射线圈内部。
4.如权利要求1所述的消除瞬变电磁一次场的装置，其特征在于，所述发射机设置在发射线圈外部。
5.如权利要求1所述的消除瞬变电磁一次场的装置，其特征在于，所述发射线圈包括任意多个等长发射线圈分割段。
6.如权利要求1所述的消除瞬变电磁一次场的装置，其特征在于，所述发射线圈为单匝或多匝。
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| CN201710579254.7A CN107356977A (zh) | 2017-07-17 | 2017-07-17 | 一种消除瞬变电磁一次场的装置 |
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|---|---|
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Cited By (1)
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| CN110361785A (zh) * | 2019-06-21 | 2019-10-22 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种航空瞬变电磁法接收补偿装置 |
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- 2017-07-17 CN CN201710579254.7A patent/CN107356977A/zh active Pending
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