CN110361785A - 一种航空瞬变电磁法接收补偿装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种航空瞬变电磁法接收补偿装置。本申请的航空瞬变电磁法接收补偿装置包括：接收线圈、发射线圈、补偿线圈和至少一个补偿磁芯，所述发射线圈设置在接收线圈外围，所述补偿磁芯设置在发射线圈上，所述补偿线圈设置在补偿磁芯上。本申请的航空瞬变电磁法接收补偿装置通过在接收线圈中加入补偿，其调试更加灵活，组装更加方便，抑制更加彻底；另外，提出的接收补偿线圈不会减弱一次场注入大地的能量，不会减弱二次场信号，对其探测能力不会有影响，由于可实现一次场的完全补偿，可以获得更加干净的二次场信号，探测深度与分辨率都大幅度提高。

Description

一种航空瞬变电磁法接收补偿装置

技术领域

本申请属于多金属矿探测技术领域，特别涉及一种航空瞬变电磁法接收补偿装置。

背景技术

航空瞬变电磁法是近年来国际上普遍使用的多金属矿探测方法,具有速度快、效率高、勘探深度大、分辨率高、地形影响小等优点，特别适合工作难度大的浅覆盖区。

现有的航空瞬变电磁法的发射线圈和接收线圈位置关系如图1所示。收发线圈在一个水平面上，其形状位置通常接近两个同心圆。发射线圈半径大约25米，有3-6匝，接收线圈半径大约1米，有100匝以上。发射线圈的电感较大，发射电流达几百安培，当关闭发射的时候，发射电流无法立刻下降到零，而是有一个较大的电流下降时间，这个电流下降的过程没有地质信息，并且会在接收线圈上产生很大的感应电压，从而把携带地质信息的二次场信号覆盖掉而无法识别。为了消除这个强干扰的一次场，现有国内外的方案通常是把发射线圈在其半径1/3的位置放置一个发射补偿线圈，令其流过的电流方向与外部的发射线圈电流方向相反，且补偿线圈与发射线圈在一个回路上，从而抵消发射线圈下降电流在接收线圈的感应信号，其结构如图2所示。发射补偿线圈通常为1匝，由于发射线圈和发射补偿线圈产生的磁场方向相反，且靠近接收线圈，所以可以大大地抑制关断电流下降的一次场在接收线圈上的感应信号。

现有航空瞬变电磁法接收补偿方法的缺点在于：发射补偿线圈可以大幅度地抑制一次场感应信号，但是由于补偿线圈的位置对补偿效果至关重要，在实际实施中，很难获得与理论抑制的效果，比如，发射线圈通常利用多边形来近似圆形，补偿线圈很难调节到理想位置而导致接收磁场欠补偿或过补偿的问题，欠补偿与过补偿都无法获得真正理想的测量信号；另外，发射补偿线圈同时也减弱了一次场注入到大地的能量，减小二次场的强度，损失了探测效果能力。

发明内容

本申请提供了一种航空瞬变电磁法接收补偿装置，旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。

为了解决上述问题，本申请提供了如下技术方案：

一种航空瞬变电磁法接收补偿装置，包括接收线圈、发射线圈、补偿线圈和至少一个补偿磁芯，所述发射线圈设置在接收线圈外围，所述补偿磁芯设置在发射线圈上，所述补偿线圈设置在补偿磁芯上。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述步发射线圈和接收线圈为同心圆。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述补偿磁芯为磁环，所述补偿磁芯套住发射线圈。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述补偿磁芯紧贴在发射线圈外围，或者所述补偿磁芯与发射线圈间隔一定的距离。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述补偿线圈与接收线圈的抵消方式为：所述补偿线圈与接收线圈分别处理两路信号，把两路信号通过加减法电路实现抵消。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述补偿线圈与接收线圈的抵消方式为：所述接收线圈与补偿线圈接成一个回路，实现一次场信号的直接抵消。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述航空瞬变电磁法接收补偿装置还包括屏蔽双绞线，所述屏蔽双绞线设置在发射线圈与补偿线圈之间，所述屏蔽双绞线将发射线圈与补偿线圈进行连接。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述设置在补偿磁芯上的补偿线圈在水平方向上均匀绕制。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述多个补偿磁芯通过导线相互连接。

相对于现有技术，本申请实施例产生的有益效果在于：本申请实施例的航空瞬变电磁法接收补偿装置通过在接收线圈中加入补偿，其调试更加灵活，组装更加方便，抑制更加彻底；另外，提出的接收补偿线圈不会减弱一次场注入大地的能量，不会减弱二次场信号，对其探测能力不会有影响，由于可实现一次场的完全补偿，可以获得更加干净的二次场信号，探测深度与分辨率都大幅度提高。

附图说明

图1是现有的航空瞬变电磁法的发射线圈和接收线圈位置关系图；

图2是现有的航空瞬变电磁法的发射补偿线圈结构示意图；

图3是本申请实施例的航空瞬变电磁法接收补偿装置的结构示意图；

图4是为接收线圈与补偿线圈的连线关系示意图；

图5是为发射线圈周围的磁感应强度分布；

图6和图7分别为磁感应强度的径向B_y分布与轴向B_z分布示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。

请参阅图3，图3是本申请实施例的航空瞬变电磁法接收补偿装置的结构示意图。本申请实施例的航空瞬变电磁法接收补偿装置包括发射线圈、接收线圈、至少一个补偿磁芯和多个补偿线圈。其中，补偿磁芯为磁环，发射线圈设置在接收线圈外围，补偿磁芯套设在发射线圈上，每个补偿磁芯上设置有多个补偿线圈，多个补偿线圈之间相互间隔一定的距离，每个补偿磁芯通过导线相互连接，接收线圈通过屏蔽双绞线与其中一个补偿磁芯上的补偿线圈相连。具体如图4所示，为接收线圈与补偿线圈的连线关系示意图。

在本发明的实施例中，发射线圈和接收线圈为同心圆，发射线圈和接收线圈也可以不是同心圆。假设发射线圈的半径为R，流过电流为I，直角坐标系按照图3放置。由于发射线圈具有对称性，只需计算yoz平面内磁场的分布，且y、z分量分别是径向和轴向分量。在yoz平面内任取一点P(0,y0,z0)，则发射线圈在P点的磁感应强度上分量为：

其中：

根据公式(1)，显然B_x＝0，B_y≠0，B_z≠0。也就是说，发射线圈的磁感应强度只有径向和轴向分量，可以用二维图描述其磁场分布特征，具体如图5所示，为发射线圈周围的磁感应强度分布。

令线圈半径R＝20m，利用Matlab数值积分法可以分别获得线圈周围磁感应强度径向B_y和轴向B_z的空间分布如图6和图7所示。补偿线圈的位置相当于z＝0，R＝±20m附近，该位置的B_y分量最大，而B_z分量几乎为0。

通常航空电磁二次场的垂直分量远远大于水平方向，补偿线圈的位置应该放在发射线圈边缘上。补偿线圈的横截面积与长度要足够小，使其无法捕获二次场信号，补偿线圈的谐振频率远大于发射开关频率。补偿线圈设计的目标是获得由发射线圈产生的磁链与接收线圈相同，首先计算通过接收线圈的磁链，然后按照这个磁链设计补偿线圈参数。

如果补偿线圈也是空心线圈，则不能满足横截面积与长度足够小的要求，因此，本申请实施例的航空瞬变电磁法接收补偿装置通过设置至少一个补偿磁芯，将补偿线圈围绕在补偿磁芯上，通过该结构，补偿线圈可以设计得很小，而且不需要考虑二次场的影响，只拾取一次场的信号。

本申请实施例中，补偿磁芯的设置方式包括：补偿磁芯可以紧贴在发射线圈外围，或与发射线圈间隔一定的距离。补偿磁芯的磁导率不能过高，避免磁饱和。当补偿线圈与接收线圈完全匹配的时候，将接收线圈信号与补偿线圈信号相抵消，就完成一次场的补偿。本申请实施例中，补偿线圈与接收线圈的信号抵消方式有两种，一种是分别处理两路信号，最后把两路信号通过加减法电路实现抵消。另一个方法是直接把接收线圈与补偿线圈接成一个回路(如图3中的虚线部分所示)，实现一次场信号的直接抵消，这种方法需要在发射线圈与补偿线圈之间设置屏蔽双绞线，用屏蔽双绞线将发射线圈与补偿线圈进行连接。

通过上述结构，补偿后的感应信号为：

v_t＝v_r-v_c＝v₁+v₂-v₁＝v₂(3)

其中vt表示合成信号，vr表示接受线圈信号，v_c表示补偿线圈信号，v₁表示一次场信号，v₂表示二次场信号。

通过前面的补偿技术，最终实现一次场的补偿。如果补偿线圈均匀地绕在补偿磁芯上，那么补偿线圈将不会感应出二次场的信号，从而实现一次场的彻底抑制，补偿线圈绕制不均匀对补偿效果有一点影响，但不会很严重。

请参阅图6和图7，分别为磁感应强度的径向B_y分布与轴向B_z分布示意图。B_z在中心位置的大小基本上是均匀的，利用公式(1)可以获得发射线圈在中心位置的B_z分量大小。假设发射电流100A，发射线圈匝数为3匝，发射线圈半径R＝25m，可得发射线圈中心的磁感应强度为7.5uT。如果接收线圈半径为1m，那么穿过接收线圈的磁链Ψ为70.7uWb。再设补偿磁芯横截面积S为1cm²，磁路长度l为15cm，接收线圈100匝，那么补偿线圈的匝数为：

当选者磁芯相对磁导率为300的时候，补偿线圈需要绕280匝才可以满足要求。事实上，补偿磁芯的磁导率不能太高，否则其非线性较强，通常选择相对磁导率小于100，矫顽力很低，饱和磁通密度很高的磁材料，并且可用多个补偿线圈串联起来，减少单个补偿线圈的匝数。可以调节通过补偿磁芯的线缆电流(取发射线圈的部分线缆通过磁芯)来匹配补偿线圈。补偿线圈必须在水平方向上均匀绕制，避免二次场耦合到补偿线圈中。

利用本申请的技术发明，接收线圈与发射线圈的相互位置关系不在受到限制，设置接收线圈可以比发射线圈外面或包含发射线圈也可以正常接收二次场信息，并不局限于本申请中发射线圈与接收线圈的位置关系限制。

本申请实施例的航空瞬变电磁法接收补偿装置通过在接收线圈中加入补偿，其调试更加灵活，组装更加方便，抑制更加彻底；另外，提出的接收补偿线圈不会减弱一次场注入大地的能量，不会减弱二次场信号，对其探测能力不会有影响，由于可实现一次场的完全补偿，可以获得更加干净的二次场信号，探测深度与分辨率都大幅度提高。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本申请中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本申请所示的这些实施例，而是要符合与本申请所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种航空瞬变电磁法接收补偿装置，包括接收线圈、发射线圈和补偿线圈，所述发射线圈设置在接收线圈外围，其特征在于，还包括至少一个补偿磁芯，所述补偿磁芯设置在发射线圈上，所述补偿线圈设置在补偿磁芯上。

2.根据权利要求1所述的航空瞬变电磁法接收补偿装置，其特征在于，所述发射线圈和接收线圈为同心圆。

3.根据权利要求1或2所述的航空瞬变电磁法接收补偿装置，其特征在于，所述补偿磁芯为磁环，所述补偿磁芯套住发射线圈。

4.根据权利要求3所述的航空瞬变电磁法接收补偿装置，其特征在于，所述补偿磁芯紧贴在发射线圈外围，或者所述补偿磁芯与发射线圈间隔一定的距离。

5.根据权利要求1或2所述的航空瞬变电磁法接收补偿装置，其特征在于，所述补偿线圈与接收线圈的信号抵消方式为：所述补偿线圈与接收线圈分别处理两路信号，将两路信号通过加减法电路实现抵消。

6.根据权利要求1或2所述的航空瞬变电磁法接收补偿装置，其特征在于，所述补偿线圈与接收线圈的抵消方式为：所述接收线圈与补偿线圈接成一个回路，实现一次场信号的直接抵消。

7.根据权利要求1或2所述的航空瞬变电磁法接收补偿装置，其特征在于，还包括屏蔽双绞线，所述屏蔽双绞线设置在发射线圈与补偿线圈之间，所述屏蔽双绞线将发射线圈与补偿线圈进行连接。

8.根据权利要求1或2所述的航空瞬变电磁法接收补偿装置，其特征在于，所述设置在补偿磁芯上的补偿线圈在水平方向上均匀绕制。

9.根据权利要求1或2所述的航空瞬变电磁法接收补偿装置，其特征在于，所述至少一个补偿磁芯通过导线相互连接。