CN108363108A - 基于pcb印刷电路板瞬变电磁仪的接收和发射线圈 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于PCB印刷电路板瞬变电磁仪的接收和发射线圈，在单层或者多层PCB板上设计制作瞬变电磁仪的PCB发射线圈和接收线圈，发射线圈和接收线圈为阿基米德螺旋线，或者发射线圈和接收线圈为矩形螺旋线，采用多层PCB板制作发射线圈和接收线圈。本发明根据收发技术需求，设计等效面积的PCB线圈，还可以根据需求，设计多层PCB板的收发一体的瞬变电磁仪线圈，或者多块PCB线圈叠加串联来增大接收和发射线圈的等效面积，相应地减少收发线圈的体积，提高接收和发射线圈的灵敏度。采用本发明的瞬变电磁发射和接收的PCB线圈，可以设计任意大小的瞬变电磁发射和接收的P线圈，且结构简单、体积小、等效面积大、接收灵敏度高而且使用方便。

Description

基于PCB印刷电路板瞬变电磁仪的接收和发射线圈
技术领域
本发明涉及一种瞬变电磁仪的发射和接收线圈，具体涉及采用PCB印刷电路来设计和制作瞬变电磁仪的发射和接收线圈，应用于物探领域和工程检测领域。
背景技术
众所周知，瞬变电磁法是根据电磁感应原理，利用不接地线国向地下发送一次电磁场，在一次电磁场间歇期间，使用不接地线围观测二次涡流场的方法，进行不同岩性地层的物性差异分析。矿用瞬变电磁法由于体积效应小、工作效率高、纵横向分辨率高和对低阻体反应灵敏的优点被广泛用于矿井的突水预测和超前预测。瞬变电磁设备发射、接收线圈的结构和性能是影响瞬变电磁技术在矿井突水和工程物探的预测和超前预测的重要因素。
目前，国内外现有的瞬变电磁仪器大多数采用多圈电缆制作的收发线圈，还有一种采用磁敏检测的磁棒接收线圈，都面临着体积大，重量重，长度比较长的缺点，在狭小空间和植被覆盖率高的野外地区，施工难度大，特别是存在高达树木的地区，多圈接收线圈无法拆开绕过树木而进行探测。
由于瞬变电磁的传统接收线圈匝数40到上100匝的封闭线圈，无法采用插接件来连接和接插接收线圈，在植被和树木比较高的野外现场，无法在探测点上铺设接收线圈。往往不得已采取砍伐树木和植被来解决问题，对生态环境造成影响，还面临对高额的赔偿问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决以上背景技术存在的问题，提出一种PCB印刷电路板的瞬变电磁仪发射和接收线圈，相比于传统的多圈电缆发射和接收线圈，具有制作简单和可批量化生产的特点，在性能方面，具有体积小、重量轻、等效发射和接收面积大的优点。同时具有线圈接收信号的灵敏度高，仪器的探测精度和性能高的优点。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于PCB印刷电路板瞬变电磁仪的接收和发射线圈，在单层或者多层PCB板上设计制作瞬变电磁仪的PCB发射线圈和接收线圈，发射线圈和接收线圈为阿基米德螺旋线，或者发射线圈和接收线圈为矩形螺旋线。
在上述技术方案中，多层PCB板制作的发射线圈相互串联或并联，增大发射线圈的电流和等效发射面积，提高瞬变电磁仪接收二次场的灵敏度。
在上述技术方案中，所述瞬变电磁仪的PCB发射线圈和PCB接收线圈布局在同一个PCB板上。
在上述技术方案中，PCB发射线圈和PCB接收线圈的相对位置为不同心布置，根据自感强度大小调整PCB发射线圈和PCB接收线圈之间的间距。
在上述技术方案中，所述瞬变电磁仪的PCB发射线圈和PCB接收线圈布局在不同PCB板上，相对位置根现场和探测模式的不同调整间距。
在上述技术方案中，所述瞬变电磁仪的PCB接收线圈的布线宽度为5mil—100mil，所述瞬变电磁仪的PCB接收线圈采用多层板串联或者并联方式，增大接收线圈的等效接收面积和灵敏度。
在上述技术方案中，所述瞬变电磁仪的PCB发射线圈和PCB接收线圈连接到4芯电缆，4芯电缆通过插接件连接到瞬变电磁仪的主机。
PCB发射线圈的布线线宽根据发射电流的大小从毫米级到厘米级变化，所述的瞬变电磁发射和接收的PCB线圈在采取多层PCB板设计，仍不能满足瞬变电磁仪器探测精度的情况下，可以采取发射或者接收PCB线圈串并联的方式来增大发射磁矩和等效接收面积。
本发明的有益效果分析：由于多圈电缆的瞬变电磁收发线圈采用2米*2米的重叠回线矩形线圈，而且采用四十匝到上百匝的电缆线圈，来达到比较大等效发射磁矩和接收线圈的等效面积，本发明采用PCB线圈为0.35米的圆形PCB线圈，采用6mil的线宽的阿基米德螺旋线的双面吧PCB线圈，等效的接收面积可以达到80平方米级，等效于2米*2米的40匝重叠回线矩形线圈的面积。
采用本发明的瞬变电磁仪发射和接收的PCB线圈，可以设计任意大小的瞬变电磁仪发射和接收的PCB线圈，且结构简单、体积小、等效面积大、接收灵敏度高而且使用方便。
附图说明
图1是本发明采用阿基米德螺旋线形的瞬变电磁仪PCB发射线圈和接收线圈。
图2是是本发明采用矩形螺旋线形的瞬变电磁仪PCB发射线圈和接收线圈。
图3是本发明的PCB发射和接收线圈与瞬变电磁仪的连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
PCB印刷电路板的瞬变电磁仪发射和接收线圈，采用电路板设计软件，在单层或者多层PCB板上设计阿基米德螺旋线或者矩形螺旋线制作PCB发射和接收线圈。
(1)所述的瞬变电磁的PCB发射线圈的布线线宽根据发射电流的大小，从毫米级到厘米变化，可以采取单层板或者多层板串联或者并联方式，增大发射磁矩(即发射电流与等效发射面积的乘积)。
(2)所述的瞬变电磁的PCB发射线圈和接收PCB线圈可以布局在同一个PCB板上，相对位置可以同心和不同心的方式。不同心的收发PCB线圈可以根据自感强度大小调整它们之间的间距。
(3)所述的瞬变电磁的PCB发射线圈和接收PCB线圈可以布局在不同一个PCB板上，相对位置根据现场和探测模式的不同，任意地调整它们之间的间距。
(4)所述的瞬变电磁的接收PCB线圈的布线宽度5mil(1000mil＝1英寸)到100mil的变化，可以采取单层板或者多层板串联或者并联方式，增大接收线圈的等效接收面积和灵敏度。
(5)瞬变电磁发射和接收的PCB线圈连接到4芯电缆，如图3所示，4芯电缆通过插接件连接到瞬变电磁仪的主机。
(6)所述的瞬变电磁发射和接收的PCB线圈安装在塑料外壳里面，保护PCB线圈不受外界损伤。
(7)所述的瞬变电磁发射和接收的PCB线圈的直径设计在100mm—500mm的范围，对于特殊的探测需要可以做到米级的直径，相应地，发射的磁矩和接收的等效面积相应地增大，提高了仪器的灵敏度。
(8)所述的瞬变电磁发射和接收的PCB线圈在采取多层PCB板设计，仍不能满足瞬变电磁仪器探测精度的情况下，可以采取发射或者接收PCB线圈串并联的方式来增大发射磁矩和等效接收面积。
基于印刷电路PCB板的瞬变电磁仪的接收和发射线圈的设计，使用PCB电路板设计软件，如PROTEL99SE或者AutoCAD工具软件，在单层或者多层的PCB板，按照需要设计阿基米德螺旋线或者矩形螺旋线的线圈，分别如图1和图2所示。发射线圈根据发射电流的大小设计布线线宽，从毫米级到厘米级，线宽越宽，能通过发射电流越大，发射线圈的布线间距根据发射电压的大小一般设计在5-10mil即可。接收线圈由于没有大电流，设计布线线宽可以比接收线圈要小，从5mil到15mil即可，接收线圈的布线间距在5-10mil即可。
基于印刷电路PCB板的瞬变电磁仪的接收和发射线圈可以布局在同一个PCB电路板上，发射电路线圈布局在接收线圈的外周或者外沿，也可以间隔一定的距离分布式地布局。发射和接收线圈不可以上下紧密地布局放置，这样会导致接收和发射线圈的互感过大，影响瞬变电磁二次场的接收。
基于印刷电路PCB板的瞬变电磁仪的接收和发射线圈根据自身电感值，并联一个阻尼电路。在发射线圈的阻尼电阻主要是吸收发射电流断开瞬间的反电势脉冲的能量，阻值是发射线圈阻值的10-20倍即可。接收线圈阻尼电阻与接收线圈的电感组成一个过阻尼的电路，防止接收回路的震荡和自激现象出现。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (8)

1.一种基于PCB印刷电路板瞬变电磁仪的接收和发射线圈，其特征在于：在单层或者多层PCB板上设计制作瞬变电磁仪的PCB发射线圈和接收线圈，发射线圈和接收线圈为阿基米德螺旋线，或者发射线圈和接收线圈为矩形螺旋线。
2.根据权利要求1所述的基于PCB印刷电路板瞬变电磁仪的接收和发射线圈，其特征在于：所述PCB发射线圈的布线线宽根据发射电流的大小从毫米级到厘米变化。
3.根据权利要求2所述的基于PCB印刷电路板瞬变电磁仪的接收和发射线圈，其特征在于：多层PCB板制作的发射线圈相互串联或并联，增大发射线圈的电流和等效发射面积，提高瞬变电磁仪接收二次场的灵敏度。
4.根据权利要求1所述的基于PCB印刷电路板瞬变电磁仪的接收和发射线圈，其特征在于：所述瞬变电磁仪的PCB发射线圈和PCB接收线圈布局在同一个PCB板上。
5.根据权利要求4所述的基于PCB印刷电路板瞬变电磁仪的接收和发射线圈，其特征在于：PCB发射线圈和PCB接收线圈的相对位置为不同心布置，根据自感强度大小调整PCB发射线圈和PCB接收线圈之间的间距。
6.根据权利要求1所述的基于PCB印刷电路板瞬变电磁仪的接收和发射线圈，其特征在于：所述瞬变电磁仪的PCB发射线圈和PCB接收线圈布局在不同PCB板上，相对位置根现场和探测模式的不同调整间距。
7.根据权利要求1所述的基于PCB印刷电路板瞬变电磁仪的接收和发射线圈，其特征在于：所述瞬变电磁仪的PCB接收线圈的布线宽度为5mil—100mil，所述瞬变电磁仪的PCB接收线圈采用多层板串联或者并联方式，增大接收线圈的等效接收面积和灵敏度。
8.根据权利要求1所述的基于PCB印刷电路板瞬变电磁仪的接收和发射线圈，其特征在于：所述瞬变电磁仪的PCB发射线圈和PCB接收线圈连接到4芯电缆，4芯电缆通过插接件连接到瞬变电磁仪的主机。
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