CN207908433U - 瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置 - Google Patents

瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置 Download PDF

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任从坤
聂文龙
张剑
魏新晨
曲晓峰
许玲玲
刘艳霞
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Abstract

本实用新型提供一种瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置，包括传感器和测量电路，该传感器包括发射线圈、主接收线圈和辅助接收线圈，该测量电路向该发射线圈发射一定频率的交变电流，该发射线圈接收一定频率的交变电流，在周围的导电介质中感应出与该发射线圈同轴的涡流，该主接收线圈和该辅助接收线圈接收井下介质的二次场响应信号，并传输给该测量电路，该测量电路将从该主接收线圈和该辅助接收线圈接收的井下介质的二次场响应信号进行瞬变电磁测井信号的噪声抑制。该瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置抑制在非静态测井过程中由于瞬变电磁探伤仪移动所带来的背景磁噪声干扰，快捷简单方便，在有效抑制磁噪声影响的同时，提高了现场测试效率和作业时效。

Description

瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置
技术领域
本实用新型涉及套管检测领域，特别是涉及到一种瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置。
背景技术
当前，井下电磁感应探测系统由于其巨大的价值而受到越来越多的关注。该系统已应用于采矿、石油探测、岩土工程、环境调查、压力、岩石物理学等多个领域的基本研究。井下电磁探测系统最显著的特点是可以靠近探测目标从而实现近距离高精度测量。
现有技术中，井下探测需要获得尽可能多的钻孔信息，然而，在这种情况下，由传感器移动引起的磁背景噪声会严重影响井下电磁感应系统的探测性能，导致探测信噪比较低。目前，磁背景噪声的影响主要靠降低探测速率来减小，然而，这样又降低了装置的测试效率并增加了能量的消耗，而且只要传感器在移动，磁背景噪声就不能被有效抑制。为此我们发明了一种新的瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置，解决了以上技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种抑制在非静态测井过程中由于瞬变电磁探伤仪移动所带来的背景磁噪声干扰的瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置。
本实用新型的目的可通过如下技术措施来实现：瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置，该瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置包括传感器和测量电路，该传感器包括发射线圈、主接收线圈和辅助接收线圈，该测量电路连接于该发射线圈，向该发射线圈发射一定频率的交变电流，该发射线圈接收一定频率的交变电流，在周围的导电介质中感应出与该发射线圈同轴的涡流，该主接收线圈和该辅助接收线圈接收井下介质的二次场响应信号，并传输给该测量电路，该测量电路连接于该主接收线圈和该辅助接收线圈，将从该主接收线圈和该辅助接收线圈接收的井下介质的二次场响应信号进行瞬变电磁测井信号的噪声抑制。
本实用新型的目的还可通过如下技术措施来实现：
该传感器还包括铁芯，该发射线圈、该主接收线圈和该辅助接收线圈均绕制在该铁芯上，该主接收线圈为靠近该发射线圈的接收线圈，该辅助接收线圈为该铁芯上新加的距该发射线圈较远的接收线圈。
该主接收线圈和该辅助接收线圈具有相同的匝数。
该测量电路包括信号发生装置，该信号发生装置连接于该发射线圈，向该发射线圈发射双极性阶跃信号或斜阶跃信号。
该测量电路包括第一差分放大电路、第一滤波电路、第一运算放大电路和第一积分电路，该第一差分放大电路连接于该主接收线圈，以放大原始测试信号，即接收的井下介质的二次场响应信号，该第一滤波电路连接于该第一差分放大电路，以滤除放大后的原始测试信号的噪声，该第一运算放大电路连接于该第一滤波电路，将滤波后的原始测试信号再次进行可变增益放大，该第一积分电路连接于该第一运算放大电路，对每个周期的指数衰减信号进行分段积分以提高信噪比。
该测量电路还包括第二差分放大电路、第二滤波电路、第二运算放大电路和第二积分电路，该第二差分放大电路连接于该辅助接收线圈，以放大原始测试信号，即接收的井下介质的二次场响应信号，该第二滤波电路连接于该第二差分放大电路，以滤除放大后的原始测试信号的噪声，该第二运算放大电路连接于该第二滤波电路，将滤波后的原始测试信号再次进行可变增益放大，该第二积分电路连接于该第二运算放大电路，对每个周期的指数衰减信号进行分段积分以提高信噪比。
该测量电路还包括模数转换电路，该模数转换电路连接于该第一积分电路和该第二积分电路，将该第一积分电路和该第二积分电路输出的信号进行模拟量和数字量之间的转换。
该瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置还包括防水外壳，该传感器和该测量电路均位于该防水外壳内。
本实用新型中的瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置，通过采用辅助接收线圈在测量电路中对主接收线圈进行差分放大的设计，抑制在非静态测井过程中由于瞬变电磁探伤仪移动所带来的背景磁噪声干扰；同时该装置快捷简单方便，在有效抑制磁噪声影响的同时，提高了现场测试效率和作业时效。
附图说明
图1为本实用新型一具体实施例的瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置的结构示意图；
图2为本实用新型一具体实施例的瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置中的传感器组成结构示意图；
图3为本实用新型一具体实施例的瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置中的测量电路组成结构示意图；
具体实施方式
为使本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。
图1为本实用新型实施例的瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置的组成结构示意图。该瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置包括传感器1与测量电路2。其中，传感器1接收井下瞬变电磁响应信号，由铁芯11、发射线圈12、主接收线圈13和辅助接收线圈14组成，测量电路2进行瞬变电磁测井信号的噪声抑制，由信号发生装置20、第一差分放大电路21、第一滤波电路22、第一运算放大电路23、第一积分电路24、第二差分放大电路25、第二滤波电路26、第二运算放大电路27、第二积分电路28和模数转换电路29组成。如图1所示，本实用新型瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置由固定在防水外壳内的传感器1及测量电路2组成，传感器由绕制在同一铁芯11上的发射线圈12、主接收线圈13和辅助接收线圈14组成，测量电路包括信号发生装置20、第一差分放大21、第一滤波电路22、第一运算放大电路23、第一积分电路24、第二差分放大25、第二滤波电路26、第二运算放大电路27、第二积分电路28 和模数转换电路29。
图2为本实用新型实施例的瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置中的传感器部分组成结构示意图。如图2所示，传感器1包括铁芯11、发射线圈12、主接收线圈13和辅助接收线圈14；所述发射线圈12绕制于铁芯11上，通过给所述发射线圈12通以一定频率的交变电流，用于在周围的导电介质中感应出与发射线圈12同轴的涡流；所述主接收线圈13为靠近发射线圈12的接收线圈，所述辅助接收线圈14为铁芯上新加的距发射线圈12较远的接收线圈，主接收线圈13和辅助接收线圈14具有相同的匝数，用于接收井下介质的二次场响应信号。
图2中所示主接收线圈13和所示辅助接收线圈14与所示发射线圈12绕制于同一个铁芯11上，用于增强发射信号，提高接收信号灵敏度；所示主接收线圈13和辅助接收线圈14接收到的信号通过电缆实时传输到地面处理系统。
图3为本实用新型实施例的瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置中的测量电路部分组成结构示意图。如图3所示，信号发生装置20连接于发射线圈12，用于向所述发射线圈12发射双极性阶跃信号或斜阶跃信号。第一差分放大电路21连接于该主接收线圈13，用于放大原始测试信号。第一滤波电路22 连接于第一差分放大电路21，用于滤除放大后的原始信号噪声。第一运算放大电路23连接于第一滤波电路22，用于将滤波后的测井信号再次进行可变增益放大。该第一积分电路24连接于该第一运算放大电路23，用于对每个周期的指数衰减信号进行分段积分以提高信噪比。第二差分放大电路25 连接于该辅助接收线圈14，用于放大原始测试信号。第二滤波电路26连接于第二差分放大电路25，用于滤除放大后的原始信号噪声。第二运算放大电路27连接于第二滤波电路26，用于将滤波后的测井信号再次进行可变增益放大。该第二积分电路28连接于该第二运算放大电路27，用于对每个周期的指数衰减信号进行分段积分以提高信噪比。模数转换电路29连接于第一积分电路24和第二积分电路28，用于模拟量和数字量之间相互转换。
本实用新型所记载的瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置采用井下瞬变电磁探测系统对套管进行无损检测，此外，辅助接收线圈绕制在原有铁芯上，并且与主接收线圈的匝数相同，主接收线圈接收到的数据和辅助接收线圈接收到的数据均在地面系统中进行处理。在井下瞬变电磁探测过程中，测试响应信号既包括有用信号，又包括井下复杂环境引入的背景磁噪声。
Rt＝Rd+Rn
本设计首先对主接收线圈的测量信号进行相关处理，计算主接收线圈的自相关矩阵；然后对辅助接收线圈的测量信号进行相关处理，计算辅助接收线圈的自相关矩阵。
当主接收线圈和辅助接收线圈距发射线圈的距离为一定值时，两个接收线圈对同一种被测介质的响应存在一个固定的变换关系，即主接收线圈和辅助接收线圈对同一种被测介质的测试信号是相参的。
Ud-ref＝TUd
利用这一关系，用主接收线圈自相关矩阵和辅助接收线圈自相关矩阵，估计噪声协方差矩阵。
Rn-TRnTT＝X
其中X＝Rt-ref-TRtTT
最后，在主接收线圈自相关矩阵中减去估计得到的噪声协方差矩阵后获得信号相关矩阵，对信号相关矩阵进行特征值分解，其最大特征值对应的特征向量即为归一化的噪声抑制后的有效信号。

Claims (8)

1.瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置，其特征在于，该瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置包括传感器和测量电路，该传感器包括发射线圈、主接收线圈和辅助接收线圈，该测量电路连接于该发射线圈，向该发射线圈发射一定频率的交变电流，该发射线圈接收一定频率的交变电流，在周围的导电介质中感应出与该发射线圈同轴的涡流，该主接收线圈和该辅助接收线圈接收井下介质的二次场响应信号，并传输给该测量电路，该测量电路连接于该主接收线圈和该辅助接收线圈，将从该主接收线圈和该辅助接收线圈接收的井下介质的二次场响应信号进行瞬变电磁测井信号的噪声抑制。
2.根据权利要求1所述的瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置，其特征在于，该传感器还包括铁芯，该发射线圈、该主接收线圈和该辅助接收线圈均绕制在该铁芯上，该主接收线圈为靠近该发射线圈的接收线圈，该辅助接收线圈为该铁芯上新加的距该发射线圈较远的接收线圈。
3.根据权利要求1所述的瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置，其特征在于，该主接收线圈和该辅助接收线圈具有相同的匝数。
4.根据权利要求1所述的瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置，其特征在于，该测量电路包括信号发生装置，该信号发生装置连接于该发射线圈，向该发射线圈发射双极性阶跃信号或斜阶跃信号。
5.根据权利要求1所述的瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置，其特征在于，该测量电路包括第一差分放大电路、第一滤波电路、第一运算放大电路和第一积分电路，该第一差分放大电路连接于该主接收线圈，以放大原始测试信号，即接收的井下介质的二次场响应信号，该第一滤波电路连接于该第一差分放大电路，以滤除放大后的原始测试信号的噪声，该第一运算放大电路连接于该第一滤波电路，将滤波后的原始测试信号再次进行可变增益放大，该第一积分电路连接于该第一运算放大电路，对每个周期的指数衰减信号进行分段积分以提高信噪比。
6.根据权利要求5所述的瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置，其特征在于，该测量电路还包括第二差分放大电路、第二滤波电路、第二运算放大电路和第二积分电路，该第二差分放大电路连接于该辅助接收线圈，以放大原始测试信号，即接收的井下介质的二次场响应信号，该第二滤波电路连接于该第二差分放大电路，以滤除放大后的原始测试信号的噪声，该第二运算放大电路连接于该第二滤波电路，将滤波后的原始测试信号再次进行可变增益放大，该第二积分电路连接于该第二运算放大电路，对每个周期的指数衰减信号进行分段积分以提高信噪比。
7.根据权利要求6所述的瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置，其特征在于，该测量电路还包括模数转换电路，该模数转换电路连接于该第一积分电路和该第二积分电路，将该第一积分电路和该第二积分电路输出的信号进行模拟量和数字量之间的转换。
8.根据权利要求1所述的瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置，其特征在于，该瞬变电磁探伤仪噪声抑制装置还包括防水外壳，该传感器和该测量电路均位于该防水外壳内。
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