CN109375273B - 适用于野外探测的瞬变电磁线圈调平装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及适用于野外探测的瞬变电磁线圈调平装置及其使用方法。装置部分主要包括自动调平机构、发射线圈固定机构、接收探头固定机构、操作台机构、滚轮行进机构，所述自动调平机构位于装置的四个转角处，所述接收探头固定机构和操作台机构都连接在发射线圈固定机构上，其中发射线圈固定机构通过四个滚轮与地表接触，便于装置的移动和数据的采集。发射线圈固定机构通过滚轮的收放可以实现升降的功能，而接收探头与发射线圈一同升降，保证发射脉冲磁场以及接收信号的有效性。本装置操作简单和实用性强、能够消除地形影响的装置，做到提高采集质量效率、减少人员劳动强度、增加资料可信度。

Description

适用于野外探测的瞬变电磁线圈调平装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及地球物理探测领域，具体说是适用于野外探测的瞬变电磁线圈调平装置及其使用方法。

背景技术

瞬变电磁法是一种极具发展前景的方法，可查明含水地质如岩溶洞穴与通道、煤矿采空区、深部不规则水体等。瞬变电磁法在提高探测深度和在高阻地区寻找低阻地质体是最灵敏的方法，具有自动消除主要噪声源，且无地形影响，同点组合观测，与探测目标有最佳耦合，异常响应强，形态简单，分辨能力强等优点。

然而，地面上的工作比较繁多而且枯燥，目前瞬变电磁法主要还是依靠人力来完成；人力采集数据，不仅效率低下而且数据采集质量尤难保证，例如采集时调整线圈形状就是一项很繁琐的工作，不做的话又影响采集质量。

但更为更重要的是，地形对测量工作的影响决定了数据的可信度。通过观测点的地形对瞬变电磁法(TEM)相关资料的影响分析，结果表明与地形的变化幅度有关。地形对瞬变电磁资料影响的实质是地形起伏促使涡流聚散，致使感应场升高或降低，导致视电阻率变化与地形起伏反向。野外测量时，很难保证地形平坦这一条件，为了适应野外测量工作，对于线圈的调平是一个必选选项，必须想办法克服地形带来的影响。

因此，有必要设计一种操作简单和实用性强、能够消除地形影响的装置，做到提高采集质量效率、减少人员劳动强度、增加资料可信度。

发明内容

本发明的目的主要是克服上述提出的一些不足，提供适用于野外探测的瞬变电磁线圈调平装置及其使用方法。本装置进行探查时能够实现自动调平，确保探测线圈保持水平状态，大大减少了地形的影响。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

适用于野外探测的瞬变电磁线圈调平装置，包括自动调平机构、发射线圈固定机构、接收探头固定机构、操作台机构和滚轮行进机构；

所述发射线圈固定机构由四根等长的可伸缩杆构成，四根可伸缩杆两两垂直、头尾相连形成一个矩形结构，在矩形结构的四个角上分别安装一个发射线圈，使发射线圈保持正方形布置；在其中两个平行设置的可伸缩杆上设有两个水平设置的接收探头固定机构，在接收探头固定机构的头部设置有探头夹持装置；

所述自动调平机构包括压力感知系统，压力感知系统底端配置有高度调节杆；在整体装置组装好之后，先在一处平坦地形进行压力感知工作，具体为：感知并记录每根细杆所承受的重力，便于与后期所受压力进行对比，从而调节细杆长度以使线圈水平；

所述的滚轮行进机构设置在发射线圈固定机构的底部，用于驱动发射线圈固定机构移动；

所述的操作台机构包括支撑杆、控制滚轮的脚踏板以及放置瞬变电磁控制主机的操作台组成，所述的支撑杆垂直于发射线圈固定机构所在的平面，与发射线圈固定机构相连；所述的脚踏板安装在发射线圈固定机构上；所述的放置瞬变电磁控制主机的操作台与支撑杆的顶部相连，所述操作台倾斜度可调。

进一步的，两个所述的接收探头固定机构相对设置，位于与其相连的两根可伸缩杆的中心位置，且平行于另外两根可伸缩杆，其固定在所述的发射线圈固定机构上，不能移动。所述接收探头固定机构位于整个发射线圈固定装置的中心，其上设置有用来夹持接收探头的机械手，而且该装置与发射线圈固定机构连接好之后，不可上下移动。

进一步的，所述滚轮行进机构包括在发射线圈固定机构底部设置四个滚轮，其中两个滚轮设置在一根可伸缩杆上，另外两个滚轮设置在与其平行的可伸缩杆上。

进一步的，所述支撑杆的底部也设有一个滚轮，在该滚轮上设置有自动计步器，用来记录测量的行进里程，并且通过显示屏显示出来，所述显示屏设置在操作台上，方便测量人员实时掌握里程信息。

进一步的，所述滚轮与连接杆内部的机构刚接，内部的机构可以转动一定角度，通过控制位于操作台下方的脚踏板来达到滚轮收放的目的。

进一步的，所述的发射线圈固定机构与接收探头固定机构通过滚轮的收放实现升降的功能，当滚轮收起时，发射线圈和接收探头均落到地面上，反之，发射线圈和接收探头均升起一定高度，线圈和探头不再接触地面，便于装置向前移动。

进一步的，所述操作台机构的支撑杆与发射线圈固定机构用一根连杆连接，连杆靠近操作台一端套在支撑杆上，方便上下移动一定距离，即操作台机构不随滚轮的收放发生上下移动。

进一步的，所述发射线圈固定机构在四个直角处设置有用于固定发射线圈的固定装置。

进一步的，瞬变电磁线圈调平装置的各个零部件均使用非金属材料。

上述装置具体的测量方法如下：

使用前，把发射线圈固定机构的可伸缩杆伸长到目标长度，把所有测量线圈放置到装置上，并用细绳托住线圈并系牢；

将接收探头放置到中心位置并固定好，然后把控制主机放到操作台上，将发射线圈、接收探头的线路连接控制主机，检查线路确保无误；

将装置移动至平坦处，此时移动滚轮为收起状态，装置的四个转角位置的压力感知系统开始测量四个位置的重力大小，首先自将调平机构内部细杆伸长10cm，使整个装置通过四个点与地面接触，进行相应重力测量，此项工作称为调零；

准备工作完成后，再将滚轮放下，移动装置到达测点位置；

将滚轮收起，如果四个不同位置的压力感知系统的压力与事先测量的数值误差在精度允许范围内(可根据探测精度要求设置，此处为10％)，则着手数据采集工作；若是某处压力感知到异常，根据情况实时调整，当测得压力变大时，则伸长压力变小以及无感应压力处的细杆长度，初次伸长长度为一定值，后期二次调整时可根据压力变化曲线进行分析后，伸长相应的长度。此处根据压力变化曲线进行分析主要是基于事先采集的初始压力进行的，四个位置处的压力应该是一个定值，当发生一个转角悬空的情况时，细杆就会伸长进行调节，这样在最少次数调节后，各处压力恢复到初始值，此时，线圈应该保持水平。

通过上述的调整，发射线圈和接收探头基本可以保持水平，能够满足探测精度要求。以此类推，测量工作结束后，关闭压力感知系统，细杆自动收缩至初始位置。

将发射线圈和接收探头卸下，控制主机从操作台卸下，便可把伸缩杆缩短，滚轮收起，然后整个装置缩小成方形，便于携带。整个测量装置(包括连接部件)均使用非金属材料，

本发明的有益效果为：

(1)本发明具备自动调平装置，有效克服地形影响；

(2)滚轮行进机构移动快速稳定，保证测量效率；

(3)发射线圈支撑杆可自由伸缩，便于携带。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明适用于野外测量的瞬变电磁线圈调平装置示意图；

图2是本发明俯视图；

图3是本发明中滚轮收放示意图；

图4是本发明中自动调平机构示意图；

图中，1.可伸缩杆，2.塑料绳，3.可自由收放的滚轮，4.伸缩杆接头，5.接收探头固定机构，6.探头夹持机械手，7.操作台，8.脚踏板，9.操作台滚轮，10.操作台与伸缩杆连接滑动轴，11.计步器显示屏，12.自动调平机构，13支撑杆。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，目前瞬变电磁法主要还是依靠人力来完成；人力采集数据，不仅效率低下而且数据采集质量尤难保证，例如采集时调整线圈形状就是一项很繁琐的工作，不做的话又影响采集质量。但更为更重要的是，地形对测量工作的影响决定了数据的可信度。通过观测点的地形对瞬变电磁法(TEM)相关资料的影响分析，结果表明与地形的变化幅度有关。地形对瞬变电磁资料影响的实质是地形起伏促使涡流聚散，致使感应场升高或降低，导致视电阻率变化与地形起伏反向。野外测量时，很难保证地形平坦这一条件，为了适应野外测量工作，对于线圈的调平是一个必选选项，必须想办法克服地形带来的影响，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种提供适用于野外探测的瞬变电磁线圈调平装置及其使用方法。本装置进行探查时能够实现自动调平，确保探测线圈保持水平状态，大大减少了地形的影响。因为，地形起伏变化相对于水平半空间来说，相当于叠加了异常体，因此对一般物探采集的资料会有影响，对瞬变电磁法(TEM)也不例外。首先明确一次场，它是在没有异常体的均匀各向同性介质中，各种场源产生的电磁场为一次场。当均匀各向同性介质中存在异常体时，便出现二次场，一次场和二次场合起来为总场。即使水平均匀半空间的电磁场也包括一次场和二次场，因此，我们在求水平分层介质的电磁场时，对上半空间的总场分解成一次场和二次场，下半空间按总场来求。二次场是不均匀体引起的，起伏地形相对水平地形来说是不均匀体，对瞬变电磁场会产生影响。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，适用于野外探测的瞬变电磁线圈调平装置包括自动调平机构、发射线圈固定机构、接收探头固定机构、操作台机构和滚轮行进机构；

发射线圈固定机构由四根等长的可伸缩杆1构成，四根可伸缩杆1两两垂直、头尾相连形成一个矩形结构，在矩形结构的四个角上分别安装一个发射线圈，使发射线圈保持正方形布置；在其中两个平行设置的可伸缩杆的中心位置设有两个水平设置的接收探头固定机构5，在接收探头固定机构5的头部设置有探头夹持装置；这里所述的探头夹持装置可以采用如图1所示的探头夹持机械手6。

自动调平机构12包括压力感知系统，压力感知系统底端配置有高度调节杆；在整体装置组装好之后，先在一处平坦地形进行压力感知工作，具体为：感知并记录每根细杆所承受的重力，便于与后期所受压力进行对比，从而调节细杆长度以使线圈水平；

滚轮行进机构设置在发射线圈固定机构的底部，用于驱动发射线圈固定机构移动；

操作台机构包括支撑杆13、控制滚轮的脚踏板8以及放置瞬变电磁控制主机的操作台7组成，所述的支撑杆13垂直于发射线圈固定机构所在的平面，与发射线圈固定机构相连；所述的脚踏板8安装在发射线圈固定机构上；所述的放置瞬变电磁控制主机的操作台7与支撑杆的顶部相连，所述操作台7倾斜度可调。

两个所述的接收探头固定机构5相对设置，位于与其相连的两根可伸缩杆的中心位置，且平行于另外两根可伸缩杆，其固定在所述的发射线圈固定机构上，不能移动。所述接收探头固定机构位于整个发射线圈固定装置的中心，其上设置有用来夹持接收探头的机械手，而且该装置与发射线圈固定机构连接好之后，不可上下移动。

滚轮行进机构包括在发射线圈固定机构底部设置四个滚轮，其中两个滚轮设置在一根可伸缩杆上，另外两个滚轮设置在与其平行的可伸缩杆上。

支撑杆13的底部也设有一个滚轮9，在该滚轮9上设置有自动计步器，用来记录测量的行进里程，并且通过显示屏显示出来，所述显示屏设置在操作台上，方便测量人员实时掌握里程信息。

滚轮与连接杆内部的机构刚接，内部的机构可以转动一定角度，通过控制位于操作台下方的脚踏板8来达到滚轮收放的目的。

所述的发射线圈固定机构与接收探头固定机构通过滚轮的收放实现升降的功能，当滚轮收起时，发射线圈和接收探头均落到地面上，反之，发射线圈和接收探头均升起一定高度，线圈和探头不再接触地面，便于装置向前移动。

所述操作台机构的支撑杆与发射线圈固定机构用一根连杆连接，连杆靠近操作台一端套在支撑杆上，方便上下移动一定距离，即操作台机构不随滚轮的收放发生上下移动。

发射线圈固定机构在四个直角处设置有用于固定发射线圈的固定装置，所述的固定装置可采用塑料绳2。

瞬变电磁线圈调平装置的各个零部件均使用非金属材料，这样可避免装置自身对瞬变电磁信号产生干扰。

如图所示在提供结构方案的同时，本实施例还提供了适用于野外测量的瞬变电磁线圈调平装置的使用方法，主要包括以下步骤：

A、使用前，把发射线圈固定机构的可伸缩杆1伸长到目标长度，把所有测量线圈放置到装置上，并用塑料绳2托住线圈并系牢。将接收探头放置到中心位置并固定好，然后把控制主机放到操作台7上，将发射线圈、接收探头的线路连接控制主机，检查线路确保无误；

B、将装置移动至平坦处，此时移动滚轮3为收起状态，开启自动调平机构12，装置的四个转角位置的压力感知系统开始测量四个位置的重力大小，首先自将调平机构12内部细杆伸长10cm，使整个装置通过四个点与地面接触，进行相应重力测量，此项工作称为调零。准备工作完成后，关闭自动调平系统12；

C、将滚轮3放下，移动装置到达测点位置。将滚轮3收起，如果四个不同位置的压力感知系统的压力与事先测量的数值误差在精度允许范围内(可根据探测精度要求设置，此处为10％)，则着手数据采集工作；若是某处压力感知到异常，可根据情况实时调整，即根据压力变化曲线进行分析后，将相应的细杆伸长相应的长度来调节线圈的水平情况；

D、将装置放置于地面，支起滚轮3并且将伸缩杆1拉长至一定长度，将接收探头固定装置5安装在伸缩杆上卡牢；

E、将线圈顺直放置于伸缩杆侧边并用塑料绳2固定好，调整好伸缩杆1拐角连接处线圈的角度，使其呈正方形分布；

F、用探头夹持机械手6固定好接收探头，确保探头方向正确，并调整探头与地面的高度；

G、把瞬变电磁控制主机放置于操作台7上，操作台角度在设计范围内可以自由调控，便于测量人员检查采集数据；

H、控制主机与发射线圈、接收探头接线连好之后，控制手柄8将滚轮3收起，使发射线圈与接收探头落至地面，准备测量数据；

I、待初始测点数据采集完成，控制手柄8将滚轮9支起，抬升接收探头5和伸缩杆1离开地面一定高度，观察里程记录显示屏11，移动装置至下一计划测点；

J、以此类推，整个采集工作结束后，断开各部件连线、拆卸控制主机和接收探头，将伸缩杆1还原初始长度，然后收起滚轮3即可。

本装置操作简单和实用性强、能够消除地形影响的装置，做到提高采集质量效率、减少人员劳动强度、增加资料可信度。

应该指出，以上所述旨在对本申请提供进一步的说明。仅为本发明的优选示例而已，并不用于限制本发明。除非另有说明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

Claims (9)

1.适用于野外探测的瞬变电磁线圈调平装置，其特征在于，包括自动调平机构、发射线圈固定机构、接收探头固定机构、操作台机构和滚轮行进机构；

所述发射线圈固定机构由四根等长的可伸缩杆构成，四根可伸缩杆两两垂直、头尾相连形成一个矩形结构，在矩形结构的四个角上分别安装一个发射线圈，使发射线圈保持正方形布置；在其中两个平行设置的可伸缩杆上设有两个水平设置的接收探头固定机构，在接收探头固定机构的头部设置有探头夹持装置；

所述自动调平机构包括压力感知系统，压力感知系统底端配置有高度调节杆；

所述的滚轮行进机构设置在发射线圈固定机构的底部，用于驱动发射线圈固定机构移动；

所述的操作台机构包括支撑杆、控制滚轮的脚踏板以及放置瞬变电磁控制主机的操作台组成；所述的支撑杆垂直于发射线圈固定机构所在的平面，与发射线圈固定机构相连；所述的脚踏板安装在发射线圈固定机构上；所述的放置瞬变电磁控制主机的操作台与支撑杆的顶部相连，所述操作台倾斜度可调。

2.如权利要求1所述的适用于野外探测的瞬变电磁线圈调平装置，其特征在于，两个所述的接收探头固定机构相对设置，位于与其相连的两根可伸缩杆的中心位置，且平行于另外两根可伸缩杆，其固定在所述的发射线圈固定机构上，不能移动。

3.如权利要求1所述的适用于野外探测的瞬变电磁线圈调平装置，其特征在于，所述滚轮行进机构包括在发射线圈固定机构底部设置四个滚轮，其中两个滚轮设置在一根可伸缩杆上，另外两个滚轮设置在与其平行的另外一根可伸缩杆上。

4.如权利要求1所述的适用于野外探测的瞬变电磁线圈调平装置，其特征在于，所述支撑杆的底部也设有一个滚轮，在该滚轮上设置有自动计步器，用来记录测量的行进里程，并且通过显示屏显示出来，所述显示屏设置在操作台上。

5.如权利要求1所述的适用于野外探测的瞬变电磁线圈调平装置，其特征在于，所述滚轮与连接杆内部的机构刚接，内部的机构可以转动一定角度，通过控制位于操作台下方的脚踏板来达到滚轮收放的目的。

6.如权利要求1所述的适用于野外探测的瞬变电磁线圈调平装置，其特征在于，所述操作台机构的支撑杆与发射线圈固定机构用一根连杆连接，连杆靠近操作台一端套在支撑杆上。

7.如权利要求1所述的适用于野外探测的瞬变电磁线圈调平装置，其特征在于，所述发射线圈固定机构在四个直角处设置有用于固定发射线圈的固定装置。

8.如权利要求1所述的适用于野外探测的瞬变电磁线圈调平装置，其特征在于，瞬变电磁线圈调平装置的各个零部件均使用非金属材料。

9.如权利要求1-8任意一项所述的适用于野外探测的瞬变电磁线圈调平装置的测量方法，其特征在于，如下：

使用前，把发射线圈固定机构的可伸缩杆伸长到目标长度，把所有测量线圈放置到装置上，并固定；

将接收探头放置到探头夹持装置上并固定好，然后把控制主机放到操作台上，将发射线圈、接收探头的线路连接控制主机，检查线路确保无误；

将装置移动至平坦处，此时移动滚轮为收起状态，装置的四个转角位置的压力感知系统开始测量四个位置的重力大小，首先自动将调平机构内部高度调节杆伸长一小段距离，使整个装置通过四个点与地面接触，进行相应重力测量，此项工作称为调零；

准备工作完成后，再将滚轮放下，移动装置到达测点位置；将滚轮收起，如果四个不同位置的压力感知系统的压力与事先测量的数值误差在精度允许范围内，则进行数据采集工作；若是某处压力感知到异常，根据情况实时调整，当测得压力变大时，则伸长压力变小以及无感应压力处的细杆长度，初次伸长长度为一定值，后期二次调整时可根据压力变化曲线进行分析后，伸长相应的长度，使线圈保持水平；

通过上述的调整，发射线圈和接收探头基本可以保持水平，能够满足探测精度要求；以此类推，测量工作结束后，关闭压力感知系统，细杆自动收缩至初始位置。

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