CN112130213A - 一种瞬变电磁测量装置、方法及瞬变电磁测量飞机 - Google Patents

一种瞬变电磁测量装置、方法及瞬变电磁测量飞机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种瞬变电磁测量装置、方法及瞬变电磁测量飞机，通过使用具有第一夹角的V型平面的发射天线，所述发射天线激发的一次场相比较传统的瞬变电磁测量激发的水平一次场，更加有利于检测直立板状结构；并且，本申请实施例还通过将接收天线设置在发射天线夹角的夹角平分线上，利用发射天线将接收天线分隔为位于发射天线上方的第一部分和发射天线下方的第二部分，通过令接收天线第一部分的磁通量与所述第二部分的磁通量大小相等方向相反，使得接收天线一次场的总磁通量为零，从而有效去除发射天线和接收天线之间的互感，消除一次场对接收天线接收信号的影响，提高瞬变电磁测量结果的准确性。

Description

一种瞬变电磁测量装置、方法及瞬变电磁测量飞机
技术领域
本发明涉及瞬变电磁测量技术领域，尤其是涉及一种瞬变电磁测量装置、方法及瞬变电磁测量飞机。
背景技术
瞬变电磁方法(Transient Electromagnetic Methods，简写为TEM)属于一种地球物理勘探方法，该方法是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间隙期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。主要应用在工程地质勘察、金属矿藏探查、煤矿探查等领域。
现有的瞬变电磁测量装置受一次场影响较大，测量精度较低。
发明内容
本申请实施例提供了一种瞬变电磁测量装置、方法及瞬变电磁测量飞机，可以有效提高瞬变电磁测量的精度。
第一方面，本申请实施例提供了一种瞬变电磁测量装置，包括：发射天线和接收天线；
所述发射天线为具有第一夹角的V型平面；
所述接收天线设置在所述第一夹角的夹角平分线上，所述接收天线被所述发射天线分隔为位于发射天线上方的第一部分和位于发射天线下方的第二部分；
当所述发射天线上电时，所述接收天线第一部分的磁通量与所述第二部分的磁通量大小相等方向相反。
可选的，当所述第一夹角与所述接收天线第一部分的面积满足以下公式时，所述接收天线第一部分的磁通量与所述第二部分的磁通量大小相等方向相反：
Figure BDA0002706403540000011
其中，θ为第一夹角，ratio为接收天线第一部分的面积与接收天线总面积的比值。
所述发射天线包括相互抵接的第一线圈和第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈的抵接边为公共边；
所述第一线圈和所述第二线圈为缠绕有导线的矩形线圈。
可选的，所述第一线圈上的导线的缠绕方向为顺时针，所述第二线圈上的导线的缠绕方向为逆时针；
或者，所述第一线圈上的导线的缠绕方向为逆时针，所述第二线圈上的导线的缠绕方向为顺时针。
可选的，所述第一线圈和所述第二线圈为长方形线圈。
可选的，所述接收天线在所述公平边所在平面的投影边长小于或等于所述公共边边长的1/3。
可选的，所述第一夹角α满足以下条件：0°＜α＜150°。
可选的，还包括瞬变电磁仪；
所述瞬变电磁仪的输出端口与所述发射天线连接，所述瞬变电磁仪的输入端口与所述接收天线连接。
第二方面，本申请实施例提供了一种瞬变电磁测量方法，利用上述任一项所述的瞬变电磁测量装置进行电磁测量，包括以下步骤：
将所述瞬变电磁测量装置设置在所述待测区域表面上方；
启动所述瞬变电磁测量装置，得到电磁测量数据。
第三方面，本申请实施例提供了一种瞬变电磁测量飞机，包括如上述任一项所述的瞬变电磁测量装置，所述发射天线和所述接收天线设置在所述瞬变电磁测量飞机的下方。
在本申请实施例中，通过使用具有第一夹角的V型平面的发射天线，所述发射天线激发的一次场相比较传统的瞬变电磁测量激发的水平一次场，更加有利于检测直立板状结构；并且，本申请实施例还通过将接收天线设置在发射天线夹角的夹角平分线上，利用发射天线将接收天线分隔为位于发射天线上方的第一部分和发射天线下方的第二部分，通过令接收天线第一部分的磁通量与所述第二部分的磁通量大小相等方向相反，使得接收天线一次场的总磁通量为零，从而有效去除发射天线和接收天线之间的互感，消除一次场对接收天线接收信号的影响，提高瞬变电磁测量结果的准确性。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1为本发明一个示例性的实施例中一种航空瞬变电磁测量装置的主视图；
图2为本发明一个示例性的实施例中一种航空瞬变电磁测量装置的侧视图；
图3为本发明一个示例性的实施例中一种航空瞬变电磁测量装置的俯视图；
图4为本发明一个示例性的实施例中第一线圈TX1和第二线圈TX2的电流方向示意图；
图5为本发明一个示例性的实施例中一种航空瞬变电磁测量的一次场传播示意图；
图6为本发明一个示例性的实施例中一种航空瞬变电磁测量装置的结构示意图；
图7为本发明一个示例性的实施例中夹角θ、磁通量绝对值|Φ1|、接收天线第一部分的边长z1和第二部分的边长z2的关系曲线图；
图8为本发明一个示例性的实施例中接收天线的第一部分的面积与总面积的比值z1/l与夹角θ的关系曲线图；
图9为本发明一个示例性的实施例中一种航空瞬变电磁测量方法的流程图；
图10为本发明一个示例性的实施例中一种瞬变电磁测量飞机的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施例方式作进一步地详细描述。
如图1-3所示，本申请实施例提供了一种瞬变电磁测量装置，包括：发射天线TX和接收天线RX；
所述发射天线Tx为具有第一夹角的V型平面；
所述接收天线RX设置在所述第一夹角的夹角平分线上，所述接收天线RX被所述发射天线TX分隔为位于发射天线TX上方的第一部分Rx1和位于发射天线TX下方的第二部分Rx2；
当所述发射天线TX上电时，所述接收天线第一部分Rx1的磁通量与所述第二部分Rx2的磁通量大小相等方向相反。
所述第一夹角可以为0-180°之间的任一夹角。在一个优选的实施例中，所述第一夹角α满足以下条件：0°＜α＜150°。
在一个实施例中，所述发射天线TX可以是由缠绕有金属导线的两个平面线圈Tx1和Tx1进行拼接得到。在其他实施例中，所述发射天线Tx也可以是由一个缠绕有金属导线的平面线圈进行折叠得到的具有第一夹角的V型平面。
所述接收天线RX可以是圆形、矩形或多边形线圈。
现有的瞬变电磁装置多采用共面水平补偿装置压制一次磁场的影响，共面水平补偿装置机械加工精度和使用条件苛刻，不利于运动状态下的实验，而本申请实施例所述的瞬变电磁测量装置，通过使用具有第一夹角的V型平面的发射天线，所述发射天线激发的一次场相比较传统的瞬变电磁测量激发的水平一次场，更加有利于检测直立板状结构；并且，本申请实施例还通过将接收天线设置在发射天线夹角的夹角平分线上，利用发射天线将接收天线分隔为位于发射天线上方的第一部分和发射天线下方的第二部分，通过令接收天线第一部分的磁通量与所述第二部分的磁通量大小相等方向相反，使得接收天线一次场的总磁通量为零，从而有效去除发射天线和接收天线之间的互感，消除一次场对接收天线接收信号的影响，提高瞬变电磁测量结果的准确性。
在一个示例性的实施例中，所述发射天线包括相互抵接的第一线圈Tx1和第二线圈Tx2，所述第一线圈Tx1和所述第二线圈Tx2为缠绕有导线的矩形线圈，所述第一线圈Tx1和所述第二线圈Tx2的抵接边为公共边。
所述接收天线与所述公共边共面，所述接收天线的边长小于所述发射天线的边长。在一个优选的实施例中，为便于调节接收天线第一部分Rx1的磁通量与所述第二部分Rx2的磁通量大小相等方向相反，使所述接收天线在所述公平边所在平面的投影边长小于或等于所述公共边边长的1/3。
在一个实施例中，所述第一线圈和所述第二线圈为长方形线圈。
所述第一线圈Tx1上的导线的缠绕方向与所述第二线圈Tx2上的导线的缠绕方向相反。具体地，所述第一线圈Tx1上的导线的缠绕方向为顺时针，所述第二线圈Tx2上的导线的缠绕方向为逆时针；或者，所述第一线圈Tx1上的导线的缠绕方向为逆时针，所述第二线圈Tx2上的导线的缠绕方向为顺时针。
如图4所示，其为所述瞬变电磁测量装置上电时，第一线圈TX1和第二线圈TX2的电流方向示意图。如图5所示，当所述发射天线上电时，所述第一线圈和第二线圈上的导线的缠绕方向相反，线圈上的电流方向相反，两个线圈产生的电磁场的能量在天线前方产生叠加，提高天线一次场的场强，从而提高瞬变电磁测量的测量精度。
如图6所示，在一个示例性的实施例中，所述第一线圈和所述第二线圈边长为L*L/2的长方形线圈，所述第一线圈和第二线圈的夹角为θ。所述接收天线为边长为l的正方形线圈，所述接收天线第一部分的面积为z1*l，所述接收天线第二部分的面积为z2*l。其中，z1＞0，z2＜0。
如图7所示，其为夹角θ、磁通量绝对值|Φ1|、接收天线第一部分的边长z1和第二部分的边长z2的关系曲线图，获取接收天线第一部分磁通量绝对值和第二部分磁通量绝对值相同的点，得到当接收天线内总磁通量为0时，所述接收天线第一部分的面积z1与夹角θ的关系表，如下表1所示：
表1接收天线的第一部分的面积z1与夹角θ的关系表
Figure BDA0002706403540000051
如图8所示，其为以
Figure BDA0002706403540000052
作为x轴，以z1/l作为y轴，拟合的接收天线的第一部分的面积与总面积的比值z1/l与夹角θ的关系曲线图。
通过对接收天线的第一部分的面积与总面积的比值z1/l与夹角θ的关系曲线进行拟合得到，当所述第一夹角与所述接收天线第一部分的面积满足以下公式时，所述接收天线第一部分的磁通量与所述第二部分的磁通量大小相等方向相反：
Figure BDA0002706403540000053
其中，θ为第一夹角，ratio为接收天线第一部分的面积与接收天线总面积的比值。
在一个示例性的实施例中，所述瞬变电磁测量装置还包括瞬变电磁仪；
所述瞬变电磁仪的输出端口与所述发射天线连接，所述瞬变电磁仪的输入端口与所述接收天线连接。
所述瞬变电磁仪用于利用发射天线发送电磁信号，并通过接收天线接收反射的感应电磁信号并进行解析，得到准确的测量信息。
如图9所示，本申请实施例还提供了一种瞬变电磁测量方法，利用如上述任一项所述的瞬变电磁测量装置进行电磁测量，包括以下步骤：
步骤S1：将所述瞬变电磁测量装置设置在所述待测区域表面上方；
步骤S2：启动所述瞬变电磁测量装置，得到电磁测量数据。
优选地，所述瞬变电磁测量装置可以设置在飞机下方，利用飞机作为飞行载体，对待测区域进行电磁测量。
如图10所示，本申请实施例还提供了一种瞬变电磁测量飞机，包括如上述任一项所述的瞬变电磁测量装置，其中，所述发射天线和所述接收天线设置在所述瞬变电磁测量飞机的下方。
所述瞬变电磁测量飞机的工作过程如下：
当所述瞬变电磁测量飞机飞行至待测区域上方时，启动所述瞬变电磁测量装置，此时，设置在瞬变电磁测量飞机的下方的发射天线发出电磁信号，利用接收天线接收地下介质因涡流效应产生的二次场，并利用瞬变电磁仪进行解析，从而得到待测区域的电磁测量信息。
本申请实施例所述瞬变电磁测量装置、方法及瞬变电磁测量飞机，通过利用具有一定夹角的发射天线发出非水平的一次场，更加有利于直立板状结构的检测，可以提高瞬变电磁测量的全面性和准确性；并且，本申请实施例中所述通过将接收天线设置在发射天线夹角的夹角平分线上，利用发射天线将接收天线分隔为位于发射天线上方的第一部分和发射天线下方的第二部分，通过令接收天线第一部分的磁通量与所述第二部分的磁通量大小相等方向相反，使得接收天线产生的感应场为零，从而有效去除发射天线和接收天线之间的互感，消除一次场对接收天线接收信号的影响，相对于传统的瞬变电磁装置采用共面水平补偿装置压制一次磁场的影响，本申请实施例所述瞬变电磁装置结构简单，便于加工，相比较传统的共面水平补偿装置更加便于在运动状态下进行电磁测量。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它例子，都属于本申请实施例保护的范围。
在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“若干个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (10)

1.一种瞬变电磁测量装置，其特征在于，包括：发射天线和接收天线；
所述发射天线为具有第一夹角的V型平面；
所述接收天线设置在所述第一夹角的夹角平分线上，所述接收天线被所述发射天线分隔为位于发射天线上方的第一部分和位于发射天线下方的第二部分；
当所述发射天线上电时，所述接收天线第一部分的磁通量与所述第二部分的磁通量大小相等方向相反。
2.根据权利要求1所述的瞬变电磁测量装置，其特征在于，当所述第一夹角与所述接收天线第一部分的面积满足以下公式时，所述接收天线第一部分的磁通量与所述第二部分的磁通量大小相等方向相反：
Figure FDA0002706403530000011
其中，θ为第一夹角，ratio为接收天线第一部分的面积与接收天线总面积的比值。
3.根据权利要求1所述的瞬变电磁测量装置，其特征在于，所述发射天线包括相互抵接的第一线圈和第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈的抵接边为公共边；
所述第一线圈和所述第二线圈为缠绕有导线的矩形线圈。
4.根据权利要求3所述的瞬变电磁测量装置，其特征在于，所述第一线圈上的导线的缠绕方向为顺时针，所述第二线圈上的导线的缠绕方向为逆时针；
或者，所述第一线圈上的导线的缠绕方向为逆时针，所述第二线圈上的导线的缠绕方向为顺时针。
5.根据权利要求3-4任一项所述的瞬变电磁测量装置，其特征在于，所述第一线圈和所述第二线圈为长方形线圈。
6.根据权利要求3所述的瞬变电磁测量装置，其特征在于，所述接收天线在所述公平边所在平面的投影边长小于或等于所述公共边边长的1/3。
7.根据权利要求1所述的瞬变电磁测量装置，其特征在于，所述第一夹角α满足以下条件：0°＜α＜150°。
8.根据权利要求1所述的瞬变电磁测量装置，其特征在于，还包括瞬变电磁仪；
所述瞬变电磁仪的输出端口与所述发射天线连接，所述瞬变电磁仪的输入端口与所述接收天线连接。
9.一种瞬变电磁测量方法，其特征在于，利用如权利要求1-8任一项所述的瞬变电磁测量装置进行电磁测量，包括以下步骤：
将所述瞬变电磁测量装置设置在所述待测区域表面上方；
启动所述瞬变电磁测量装置，得到电磁测量数据。
10.一种瞬变电磁测量飞机，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的瞬变电磁测量装置，所述发射天线和所述接收天线设置在所述瞬变电磁测量飞机的下方。
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