CN110161569A

CN110161569A - 探测地下金属氧化物的装置和方法

Info

Publication number: CN110161569A
Application number: CN201910490947.8A
Authority: CN
Inventors: 黄魁; 郑小平; 易忠; 孟立飞; 王斌; 刘超波; 徐超群; 唐小金; 张超; 张绍华; 代佳龙; 肖琦; 陈金刚; 张琼予
Original assignee: Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Current assignee: Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Priority date: 2019-06-06
Filing date: 2019-06-06
Publication date: 2019-08-23

Abstract

本发明涉及氧化物探测领域，公开了一种探测地下金属氧化物的装置和方法，该方法首先针对地下金属氧化物的磁性特点根据电磁感应原理利用瞬变电磁仪对可疑区域进行大面积、全覆盖、地毯式探测，以发现地下磁异常点；再利用磁场标量探测器对金属氧化物的位置、深度等进行精确定位；最后利用瞬变电磁仪对该区域进行遗漏检测复查。本发明可应用于各种复杂的地形，具有探测范围大、效率高的特点，且布设简单，可靠性高。

Description

探测地下金属氧化物的装置和方法

技术领域

本发明涉及氧化物探测技术领域，更具体地说，特别涉及一种探测地下金属氧化物的装置和方法。

背景技术

国外在探测UXO领域主流的研究方法包括磁法探测技术、探地雷达探测技术等。磁法探测技术通过磁传感器探测UXO产生的磁场强度，采用模式识别技术进行UXO的搜索与探测；探地雷达则通过主动发射和接收特定频谱的信号，对地面以下的UXO进行定位。国内在该领域的研究起步较晚，相关研究工作开展的较少。

本发明结合采用电磁法和磁测法，首先针对地下金属氧化物的磁性特点根据电磁感应原理利用瞬变电磁仪对可疑区域进行大面积、全覆盖、地毯式探测，以发现地下磁异常点；接着，利用磁场标量磁场梯度张量探测器对金属氧化物的位置、深度等进行精确定位；最后，再次利用瞬变电磁仪对该区域进行遗漏检测复查。

发明内容

本发明的目的在于提供一种探测地下金属氧化物的装置和方法，对地下金属氧化物包括未爆弹等进行探测和定位，发出相应提示和预警。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

探测地下金属氧化物的装置，包括：瞬变电磁仪，用于对可疑区域进行大面积、全覆盖式探测，显示磁异常点的大致位置，并将数据信息传给控制器；磁场标量探测器，用于对磁异常点进行深度精准定位，显示出磁异常点的精准深度，并将数据信息传给控制器；控制器，用于接受瞬变电磁仪和磁场标量探测器传输的数据信息，并将数据传输给终端；所述瞬变电磁仪和磁场标量探测均与控制器连接，所述控制器与终端连接，所述终端为移动通讯终端；其中，所述瞬变电磁仪、磁场标量探测和控制器一体式连接。

探测地下金属氧化物的方法，包括：S1、确定探测目标可疑区域；S2、调节瞬变电磁仪的参数；S3、利用瞬变电磁仪对可疑区域进行大面积、全覆盖式探测，用于探测金属氧化物的大致位置；；S5、根据地下氧化物的位置精准位置，利用磁场标量探测器进行深度精准测量；S6、对地下金属氧化物处进行预警、处理；S7、再次利用瞬变电磁仪对该区域进行遗漏检测复查；根据所述金属氧化物的体积大小、磁性水平、导电性、掩埋深度特征，设计相应的电磁仪发射线圈的面积、形状和匝数，选择发射电流的形态和频率等参数；所述磁场梯度张量探测器布置在一个平面上。

本发明针对地下金属氧化物的磁性特征，综合采用电磁法和磁测法对其进行探测和定位。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、探测范围大；2、探测效率高；3、探测精度高；4、操作简便，可靠性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的瞬变电磁仪探测系统示意图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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装置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；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的一个优选的实施例：

请参阅图1所示，探测地下金属氧化物的装置，包括：瞬变电磁仪(瞬变电磁仪主要应用于矿藏勘测领域，技术较为成熟，应用于本发明需要做些适应性改造)，用于对可疑区域进行大面积、全覆盖式探测，显示磁异常点的大致位置，并将数据信息如接收的二次磁场数据异常区域所在位置传给控制器；磁场标量探测器，用于对磁异常点进行深度精准定位，显示出磁异常点的精准深度 (其中磁场标量探测器可以选用技术比较成熟的光泵磁强计、质子磁强计等等，其具有精度高、灵敏度高、采样率高等优点)，并将数据信息(磁场总强度异常值大小)传给控制器；控制器，用于接受瞬变电磁仪和磁场标量探测器传输的数据信息，并将数据传输给终端；瞬变电磁仪和磁场标量探测均与控制器连接，控制器与终端连接，终端为移动通讯终端；其中，瞬变电磁仪、磁场标量探测和控制器一体式连接。

探测地下金属氧化物的方法，包括：S1、确定探测目标可以区域；S2、调节瞬变电磁仪的参数；S3、利用瞬变电磁仪对可疑区域进行大面积、全覆盖式探测，用于探测金属氧化物的大致位置；S5、根据地下氧化物的位置精准位置，利用磁场标量探测器进行深度精准测量。S6、对地下金属氧化物处进行预警、处理；S7、再次利用瞬变电磁仪对该区域进行遗漏检测复查；根据金属氧化物的体积大小、磁性水平、导电性、掩埋深度等特征，设计相应的电磁仪发射线圈的面积、形状和匝数，选择发射电流的形态和频率等参数；根据探测区域大小及地形地貌特征确定瞬变电场仪发射及接收线圈形状(矩形、圆形、异形等) 和面积(几平米至上百平米)。

根据地下金属氧化物体积、导电性、磁矩大小(0.5A*m²)及一般埋藏深度，调节瞬变电场仪输出电压(与线圈面积也相关)本发明针对目标埋藏深度不超过十米，发射器输出电压在24V以内即可。

对探测区域划分网格，利用瞬变电场仪线圈采用地毯式探测方式对全区域展开搜索，找到磁场异常区域及疑似点，对疑似目标进行粗略定位。

在疑似点处，利用磁场标量探测器对该小片区域进行细致探测，根据磁场异常点处(目标含有铁磁性物质，会在背景环境上引起磁场强度的变化)的总强度差值利用磁偶极子方法对其位置和深度进行计算。

磁偶极子方法：当目标距离大于目标尺寸的5～6倍时，可以把其看作一个磁偶极子处理。根据公式

其中，B为磁场强度，μ为真空磁导率，P_m为目标磁矩(针对探测任务可以预估大小范围)，r即为距离。

1、根据计算结果，对埋藏目标进行预警、处理。

2、对所有异常点处理完之后，再次利用瞬变电磁仪对该区域进行遗漏检测复查。

瞬变电磁仪勘探深度大，瞬变电磁法勘探深度H，由下式近似表达：

H＝0.55(Mρ/RmN)1/5

M＝IS为发射磁矩(I为发射电流，S为发射线圈面积)，ρ为大地平均电阻率值，RmN为取决于仪器信号比和抗干扰能力的最小可分辨信号值。可见在S 和ρ一定的情况下，勘探深度H取决于发射机的最大输出电流I，而I又取决于发射机的最高输出电压。在浅层勘探时，发射磁矩M对任何型号的瞬变电磁仪都不是问题；但在深层勘探时，由于要采用大面积(S)发射线圈，电阻值大，因此要获得大的发射电流I，就必须应用高输出电压的发射机。PROTEM应用的大功率发射机TEM67和加强型TEM67，其发射电压高达150V和240V，因此在大面积(S)发射线圈情况下，也能输出很大的发射电流值。如果发射机的最高输出电压只有100V，那就很难用于深层勘探

本专利所描述的方法可以通过结合电磁法和磁测法的方式对地下金属氧化物进行精确定位。该探测系统可以应用于各种复杂的地形，具有探测范围大、效率高的特点，且布设简单，可靠性高。针对目标的体积、磁性等特征，可以实现对其的精确定位，系统技术指标：1)单个目标探测距离不小于5米；2) 目标平面定位精度优于0.5米。

本发明进行地下金属氧化物探测的步骤如下：确定探测目标本征信息(体积、磁矩等)；根据目标特性确定瞬变电磁仪发射线圈面积、匝数、电流大小等参数；利用瞬变电磁仪对可疑区域进行大面积探测，发现由目标地下金属氧化物引起的磁异常点；利用磁场标量探测器对目标进行精确定位；利用瞬变电磁仪对该区域进行遗漏检测复查。

工作原理：

首先，利用瞬变电磁仪对可疑区域进行大面积、全覆盖式探测。瞬变电磁法基本原理是介质在一次电流脉冲场激励下会产生涡流，在脉冲间断期间涡流不会立即消失，在其周围空间形成随时间衰减的二次磁场。二次磁场随时间衰减的规律主要取决于异常体的导电性、体积规模和埋深，以及发射电流的形态和频率。根据地下金属氧化物的体积大小、磁性水平、导电性、掩埋深度等特征，设计相应的电磁仪发射线圈的面积、形状和匝数，选择发射电流的形态和频率等参数。通过接收线圈或接地电极测量和分析二次场有关信息来寻找异常体即目标金属氧化物，并大致了解其空间分布。设计的基本原则：根据目标的探测距离等技术指标，优化线圈面积、形状、电流频率等，以达到最高效率；利用磁场标量探测器从地面上方一定距离处通过即可完成搜寻，优点是方便、快捷；最后，在对地下金属氧化物进行预警、处理后，再次利用瞬变电磁仪对该区域进行遗漏检测复查。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.探测地下金属氧化物的装置，其特征在于：包括

瞬变电磁仪，用于对可疑区域进行大面积、全覆盖式探测，显示磁异常点的大致位置，并将数据信息传给控制器；

磁场标量探测器，用于对磁异常点进行深度精准定位，显示出磁异常点的精准深度，并将数据信息传给控制器；

控制器，用于接受瞬变电磁仪磁场标量探测器传输的数据信息，并将数据传输给终端；

所述瞬变电磁仪和磁场标量探测均与控制器连接，所述控制器与终端连接。

2.如权利要求1所述探测地下金属氧化物的装置，其特征在于：所述终端为移动通讯终端。

3.如权利要求1所述探测地下金属氧化物的装置，其特征在于：所述瞬变电磁仪磁场标量探测和控制器一体式连接。

4.探测地下金属氧化物的方法，其特征在于：包括

S1、确定探测目标可疑区域；

S2、调节瞬变电磁仪的参数；

S3、利用瞬变电磁仪对可疑区域进行大面积、全覆盖式探测，用于探测金属氧化物的大致位置；

S5、根据地下氧化物的位置精准位置，利用磁场标量探测器进行深度精准测量；

S6、对地下金属氧化物处进行预警、处理；

S7、再次利用瞬变电磁仪对该区域进行遗漏检测复查。

5.根据权利要求1所述的探测地下金属氧化物的方法，其特征在于：根据所述金属氧化物的体积大小、磁性水平、导电性、掩埋深度等特征，设计相应的电磁仪发射线圈的面积、形状和匝数，选择发射电流的形态和频率参数。