CN209167552U - 一种瞬变电磁法圆锥形场源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种瞬变电磁法圆锥形场源装置，包括圆锥形场源支架，圆锥形场源支架上缠设电线，所述圆锥形场源支架包括顶部圆形架和底部圆形架，顶部圆形架和底部圆形架之间连接八根支撑管；顶部圆形架、底部圆形架以及八根支撑管组成圆锥台，电线缠设在圆锥台的周面上通过卡线器固定，每匝电线之间有间隙。该场源由多匝线圈绕制而成，但各匝线圈间隔一定距离且半径各不相同，由此减弱线圈间的互感，提升小装置瞬变电磁法的浅部探测的能力，能够减弱线圈间的互感的影响，以及减小探测“盲区”，从而提升小装置瞬变电磁法的浅部探测的能力。

Description

一种瞬变电磁法圆锥形场源装置

技术领域

本实用新型涉及瞬变电磁探测技术领域，尤其是一种瞬变电磁法圆锥形场源装置。

背景技术

瞬变电磁法，是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场衰减期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。其基本工作方法是：于地面或空中设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次电磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流：断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。瞬变电磁法也称时间域电磁法，简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场衰减期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。简单地说，瞬变电磁法的基本原理就是电磁感应定律。衰减过程一般分为早、中和晚期。早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小；而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。根据瞬变电磁法对低阻体反应敏感的特点，将其用于煤矿井下水文勘查还是近几年的事情。瞬变电磁法是一种极具发展前景的方法，可查明含水地质如岩溶洞穴与通道、煤矿采空区、深部不规则水体等。传统地面大尺寸瞬变电磁激发源常用于以深部探测为目的的水文地质勘查和金属矿勘探等领域。随着瞬变电磁法的应用范围不断扩展至煤矿巷道、工程隧道等地下有限空间以及城市和工程浅层探测，常规大尺寸激发源受到限制，小型装置成为常用的工作装置。本申请实施所提供的一种瞬变电磁圆锥形场源装置，可解决当前探测“盲区”大、线圈内互感强的问题。

传统的瞬变电磁小型场源装置为了增强发射的初始电磁能量，通常采用多匝绕制的方法来增大发射磁矩，以此达到减少发射线圈边长与面积的目的。这时线圈间产生的强互感作用使得关断效应影响增强，最终导致浅部“盲区”增大。对于如何提供一种结构简单，小型便捷，能够减小强互感作用和减小探测“盲区”的瞬变电磁发射场源装置缺少技术性解决方案。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种瞬变电磁法圆锥形场源装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种瞬变电磁法圆锥形场源装置，包括圆锥形场源支架，圆锥形场源支架上缠设电线，所述圆锥形场源支架包括顶部圆形架和底部圆形架，顶部圆形架和底部圆形架之间连接多根支撑管；

顶部圆形架、底部圆形架以及多根支撑管组成圆锥台，电线缠设在圆锥台的周面上，圆锥台上缠设的多匝电线之间带有间隙。

上述的一种瞬变电磁法圆锥形场源装置，所述顶部圆形架和底部圆形架包括八个120度双通管以及八个三通管，三通管与120度双通管依次交错连接组成封闭的顶部圆形架和底部圆形架。

上述的一种瞬变电磁法圆锥形场源装置，所述支撑管为PB管，支撑管的数量为八个，支撑管的两端分别与顶部圆形架和底部圆形架上的三通管连接。

上述的一种瞬变电磁法圆锥形场源装置，所述顶部圆形架的半径为35厘米，底部圆形架的半径为70厘米。

上述的一种瞬变电磁法圆锥形场源装置，八根支撑管上均安装卡线器，卡线器固定圆锥台上缠设的电线。

本实用新型的有益效果为：该场源由多匝线圈绕制而成，但各匝线圈间隔一定距离且半径各不相同，期望由此减弱线圈间的互感，提升小装置瞬变电磁法的浅部探测的能力，进一步提高小装置瞬变电磁法的应用效果，并丰富小装置瞬变电磁法的理论体系，对于提高其精细解释准确度具有重要的理论意义和应用价值。能够减弱线圈间的互感的影响，以及减小探测“盲区”，从而提升小装置瞬变电磁法的浅部探测的能力。

附图说明

图1是本实用新型的装置原理图；

图2是本实用新型的装置地面布局图；

图3是本实用新型的装置成品图；

图4是本实用新型成品的顶部圆形架、底部圆形架结构图。

具体实施方式

如图1至图4所示，一种瞬变电磁法圆锥形场源装置，包括圆锥形场源支架，圆锥形场源支架上缠设电线1，圆锥形场源支架包括顶部圆形架2和底部圆形架3，顶部圆形架2和底部圆形架3之间连接多根支撑管4；

顶部圆形架2、底部圆形架3以及多根支撑管4组成圆锥台，电线1缠设在圆锥台的周面上，圆锥台上缠设的多匝电线之间带有间隙。

其中，顶部圆形架2和底部圆形架3包括八个120度双通管5以及八个三通管6，三通管6与120度双通管5依次交错连接组成封闭的顶部圆形架2和底部圆形架3。

支撑管4为PB管，支撑管4的数量为八个，支撑管4的两端分别与顶部圆形架2和底部圆形架3上的三通管6连接。附图中，顶部圆形架2的半径为35厘米，底部圆形架3的半径为70厘米。

进一步，八根支撑管4上均安装卡线器，卡线器固定圆锥台上缠设的电线1。

本专利的原理如下：

将传统的发射装置改变为圆锥型发射装置(图3，图4)，各匝线圈半径由小增大，并间隔一定距离，由此减小线圈间的互感，从而减小探测的“盲区”范围。图1和图2近似表示，由n个半径介于r₁和r₂之间的带电圆环组成，圆环内通入电流强度为I，顶部圆环与底部圆环的距离为D。当确定了匝数n、距离D、半径r₁和r₂后，各匝圆环的半径及其中心点之间的距离均可确定。根据任意线圈间半径和距离的比例关系，可以推导出两个相邻线圈中心点间的距离d和第i个线圈的半径r_i分别为

d＝D/(n-1)和r_i＝r₁+(i(r₂-r₁))/(n-1)

由上式可以发现，第i个线圈的半径r_i只受到顶底半径r₁，r₂及匝数n的约束。两半径为r₁，r₂的平行线圈，间距为h，当线圈A中通入电流I时，线圈的互感系数为

M＝(2μr₁r₂)/k[(1-k²/2)K(k)-E(k)]

应用兰登变换的递推关系，当k接近于1时，根据倪光正的研究，用兰登变换递推3次可得到

式中，

由此我们设置两个不同的场源发射装置：圆锥形发射装置和多匝线圈发射装置。例如：圆锥形装置的底半径为1m，顶半径为0.5m，高1m，匝数为101匝。多匝线圈装置半径为1m，匝数为101匝。通过实验得出的数据，我们发现多匝线圈的互感约为圆锥型场源互感的7.5倍。由此表明，等磁矩条件下，多匝线圈比圆柱型场源的互感最大；当场源形状变为圆锥型后，互感影响获得有效减弱。从而减小了探测“盲区”，提升了小装置瞬变电磁法的浅部探测的能力。

该场源由多匝线圈绕制而成，但各匝线圈间隔一定距离且半径各不相同，期望由此减弱线圈间的互感，提升小装置瞬变电磁法的浅部探测的能力，进一步提高小装置瞬变电磁法的应用效果，并丰富小装置瞬变电磁法的理论体系，对于提高其精细解释准确度具有重要的理论意义和应用价值。能够减弱线圈间的互感的影响，以及减小探测“盲区”，从而提升小装置瞬变电磁法的浅部探测的能力。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种瞬变电磁法圆锥形场源装置，包括圆锥形场源支架，圆锥形场源支架上缠设电线，其特征在于，所述圆锥形场源支架包括顶部圆形架和底部圆形架，顶部圆形架和底部圆形架之间连接多根支撑管；

顶部圆形架、底部圆形架以及多根支撑管组成圆锥台，电线缠设在圆锥台的周面上，圆锥台上缠设的多匝电线之间带有间隙。

2.根据权利要求1所述的一种瞬变电磁法圆锥形场源装置，其特征在于，所述顶部圆形架和底部圆形架包括八个120度双通管以及八个三通管，三通管与120度双通管依次交错连接组成封闭的顶部圆形架和底部圆形架。

3.根据权利要求2所述的一种瞬变电磁法圆锥形场源装置，其特征在于，所述支撑管为PB管，支撑管的数量为八个，支撑管的两端分别与顶部圆形架和底部圆形架上的三通管连接。

4.根据权利要求1所述的一种瞬变电磁法圆锥形场源装置，其特征在于，所述顶部圆形架的半径为35厘米，底部圆形架的半径为70厘米。

5.根据权利要求3所述的一种瞬变电磁法圆锥形场源装置，其特征在于，八根支撑管上均安装卡线器，卡线器固定圆锥台上缠设的电线。