CN112666613A - 一种弱磁通同轴共面单发单收的瞬变电磁探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弱磁通同轴共面单发单收的瞬变电磁探测装置，包括发射机、一个发射线圈、一个接收线圈和接收机。发射线圈与发射机相连，接收线圈与接收机相连。所述发射线圈与接收线圈位于同一平面，且发射线圈完全处于接收线圈之内。当发射机发射一定大小的电流时，电流经过发射线圈形成回路，从而产生一次磁场，在发射线圈内外，一次磁场的方向相反。本发明简易的弱磁通瞬变电磁探测装置。不仅原理简单有效，施工方便，而且可以在很大程度上消除一磁场的干扰。

Description

一种弱磁通同轴共面单发单收的瞬变电磁探测装置

技术领域

本发明涉及地球物理电磁法勘探领域，具体涉及一种弱磁通同轴共面单发单收的瞬变电磁探测装置。

背景技术

瞬变电磁法是一种常用的地球物理电磁勘探技术，广泛用于资源勘探、工程勘察、地质灾害调查、水文调查以及考古等领域，工作场景包括地面、井下、海洋以及航空。是一种极具生产价值的方法。

瞬变电磁法的基本原理和工作过程是由发射线圈(或接地导线)发射一定频率的一次脉冲场，脉冲信号每次关断的瞬间，一次场发生突变，根据法拉第电磁感应定律，突然变化的一次场会引发地下电性介质内产生感应涡流，此感应涡流会形成一个二次场，并且随着时间不断衰减。瞬变电磁法就是通过接收线圈接收这个二次场信号，来推测地下电性介质的分布和物性特征。

但瞬变电磁法在实际应用中存在一个不可忽视的问题，发射机发射的一次场关断所需的时间称为关断时间，在关断期间，一次场已经开始发生变化，并且激发出了二次场，此时一次场与二次场并存，并且一次场的信号远比二次场信号要强的多，因此严重影响了瞬变电磁的探测精度和浅层探测能力。

目前常用的瞬变电磁装置分为两类，一类是传统瞬变电磁装置，以国外学者提出的中心回线装置、重叠装置、大定源回线装置应用最为广泛，也有一些単一回线装置和“8”字型的回线装置。这些装置存在一个共同的缺点，就是不论哪种装置，接收线圈在关断期间，都接收的一次场与二次场的混合场。因此接收的关断期间的数据都是不可用的。

还有一类装置是近年来提出的多匝小线圈装置，但此类装置出厂之时就被设计好了外形，无法更改线圈的外观和匝数等信息，在野外施工时装置不够灵活。往往携带不便，运输过程中线圈受到碰触损伤就无法使用。

发明内容

为了解决上述两类装置的缺陷，本发明提供了一种简易的弱磁通瞬变电磁探测装置。不仅原理简单有效，施工方便，而且可以在很大程度上消除一磁场的干扰。

为了达到上述的目的，本发明所采用的技术方案如下：

本发明提供的一种弱磁通同轴共面单发单收的瞬变电磁探测装置的组成结构和空间结构包含一个发射机、一个发射线圈、一个接收线圈以及一个接收机。

所述发射机与发射线圈相连，所述接收线圈与接收机相连。

所述发射线圈与接受线圈处于同一平面，并且发射线圈完全处于接收线圈的正投影之内，被接收线圈完全包围。

本发明提供的一种简易的弱磁通瞬变电磁探测装置消除一次场的工作原理是：

当发射机发射一定大小的电流时，电流经过发射线圈形成回路，从而产生一次磁场，在发射线圈内外，一次磁场的方向相反。

由于接收线圈完全将发射线圈包围在内，因此，接收线圈不仅会接收到发射线圈内的一次场，而且也会接收到发射线圈外和接收线圈之间环形区域的磁场，该环形区域的磁场方向与发射线圈内的磁场方向相反。对于接收线圈来说，这两个区域的场相互抵消，可以使得一次场对接收线圈的影响更小。

根据上述的消除一次场的原理，结合发射线圈一次场的衰减规律：与发射线圈相距越远，一次场的衰减越大，因此，远离发射线圈的场点，一次场更弱。优选的方案是：接收线圈尽可能的选择单匝面积较大的线圈，而发射线圈在发射功率允许的情况下，选择单匝面积较小的线圈。

进一步地描述为，所述的发射线圈的形状理论上可以是圆形、方形、多边形、椭圆形等任意的几何形状，但为了野外施工方便，一般可以将发射线圈绕制成近似方形或圆形的几何形状。

进一步描述接收线圈为，所述接收线圈的形状理论上可以是圆形、方形、多边形、椭圆形等任何的几何形状。可以根据实际情况选择合适的几何形状，但必须能够完全将发射线圈包围在内。

进一步地，本发明提供的的发射线圈和接收线圈的匝数可以根据实际情况进行调整。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明提出的一种弱磁通同轴共面单发单收的瞬变电磁探测装置的一种有益效果是：接收线圈受到一次场的影响非常微弱，可以减少探测盲区，增强浅层探测能力；

(2)本发明提出的一种弱磁通同轴共面单发单收的瞬变电磁探测装置的另一个有益效果是：装置原理简单可靠，容易实现，适应各种探测环境能力强。

附图说明

图1为本发明提供的一种发射线圈与接收线圈均为圆形的瞬变电磁探测装置的结构示意图；

图2为本发明提供的一种方形发射线圈与圆形接收线圈的瞬变电磁探测装置的结构示意图；

图3为本发明提供的一种发射线圈与接收线圈均为方形的瞬变电磁探测装置的结构示意图；

图4为一次磁场幅值沿着发射线圈半径方向的示意图。

其中：接收线圈1、发射线圈2、发射机3、接收机4、发射电流方向5、一次磁场方向6。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的解释说明，注意，以下叙述不是对本发明的限制，而是对本发明精神的阐述以及原理的解释。

实施例1

本实施例为了展示本发明的核心精神，即：便携性和减小一次场对接收线圈的影响的特征。

图1、图2、图3均是本发明提出的一种弱磁通同轴共面单发单收的瞬变电磁探测装置的结构示意图。三者结构相同，仅仅是发射线圈与接收线圈的几何形态的差异。

对于本实施例中所举的探测装置，其结构包括以下部分：接收线圈1、发射线圈2、发射机3、接收机4、发射电流方向5、一次磁场方向6。

本实施例展示的三种探测装置，都是实际施工中容易现场绕制的线圈几何形状，因此，可以方便的携带，根据勘探现场实际的地表施工环境选择不同尺寸、不同形状、不同匝数的探测线圈。尤其是对于井下勘探，携带导线相对于固定探测线圈装置更为方便携带。

对于本实施例展示的三种瞬变电磁法探测装置，其削弱一次场对接收线圈的影响的原理均相同，以图1为例：

当发射机3通电之后，发射一定频率的脉冲波，两个脉冲之间间隔一定的时间，瞬变电磁法的探测原理就是在一次脉冲激发之后，在关断之后的间歇期，探测由地下介质产生的感应二次场。

在发射机3通电激发的时间段，发射机3向发射线圈2发送电流方向5，以图1为例，发射电流方向5为逆时针方向时，发射线圈2会产生一个一次磁场6，在发射线圈2内部，磁场方向为垂直纸面向外的、在发射线圈2的外部，磁场方向为垂直纸面向里的。

然后，绕制一个接收线圈1，使得接收线圈1完全能够将发射线圈2包围在内，此时，接收线圈1不仅能够接收到发射线圈2内部的所有垂直纸面向外的一次磁场，还能够接收到一部分垂直纸面向里的一次磁场。两个方向的磁场相互抵消，来达到削弱一次场的目的。

实施例2

在实施例1中，阐述了本发明的一种弱磁通同轴共面单发单收的瞬变电磁探测装置削弱一次场的原理。从实施例1中可以看到，若想尽可能的消除一次磁场的干扰，发射线圈2应尽可能的小，或接受线圈1应尽可能的大

如图4，是发射线圈2的横截面上，磁场沿着发射线圈2半径方向变化的曲线图。可以看出，在发射线圈2的外部，磁场衰减的速度非常快，根据磁感应强度的计算式，磁感应强度按照距离的3次方进行衰减。

因此，在实际中，为了即保持较大的发射功率，往往需要发射线圈的发射磁矩较大，即发射电流和发射面积的乘积较大。但实际中发射电流往往是固定的，而发射面积取决于单匝面积和匝数。对于匝数来说，并不会改变发射线圈的一次场的分布规律，不同匝数的发射线圈理论上仅仅是倍数的关系。

根据实施例1中阐述的削弱一次场的原理，在保证发射功率的情况下，又能够尽可能的消除一次场的干扰，优选的方案是：在发射线圈2与接收线圈1相对位置不变的情况下，选择较多匝数的接收线圈，或单匝面积较小但匝数较多的发射线圈。

Claims (5)

1.一种弱磁通同轴共面单发单收的瞬变电磁探测装置，包括发射机、一个发射线圈、一个接收线圈和接收机，所述发射机与发射线圈相连，所述接收线圈与接收机相连，其特征在于：所述发射线圈的正投影完全位于所述接收线圈的正投影之内，被接收线圈所包围。

2.根据权利要求1所述的一种弱磁通同轴共面单发单收的瞬变电磁探测装置，其特征在于：所述瞬变电磁探测装置的消耦原理是通过较大的接收线圈，将发射线圈包围在内，所述接收线圈接收的是发射线圈环内磁场和部分环外磁场，两者相互抵消，使得一次场对接收线圈的影响减小。

3.根据权利要求1所述的一种弱磁通同轴共面单发单收的瞬变电磁探测装置，其特征在于：所述发射线圈与接收线圈处于同一平面。

4.根据权利要求1所述的一种弱磁通同轴共面单发单收的瞬变电磁探测装置，其特征在于：所述发射线圈与接收线圈的形状可以为圆形、四边形、椭圆形或其他任意几何形状，同时，两者的形状可以不相同。

5.根据权利要求1所述的一种弱磁通同轴共面单发单收的瞬变电磁探测装置，其特征在于：所述发射线圈与接收线圈的匝数可以根据需要调整。

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