CN220455546U - 一种基于自去耦结构的瞬变电磁探测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于地球物理勘探设备领域，涉及一种基于自去耦结构的瞬变电磁探测装置，包括：发射机、接收机、发射线圈、内部接收线圈、外部接收线圈；所述发射线圈、内部接收线圈、外部接收线圈三者保持在同一平面内，其中发射线圈与内部接收线圈同轴，四个外部接收线圈对称布置在接收线圈四角处；所述发射机与发射线圈相连，通过上位机控制发射过程，接收机与内部接收线圈、外部接收线圈组成的接收系统相连，在发射过程中接收返回信号。利用发射线圈内外磁通方向不同的原理，有效提高接收信号的信噪比，削弱浅层盲区带来的影响。
Description
技术领域
本实用新型属于地球物理勘探设备领域，尤其涉及一种基于自去耦结构的瞬变电磁探测装置。
背景技术
瞬变电磁法是地球物理勘探领域一种重要的方法，根据线圈结构与测量方式可分为偶极装置、大定源回线装置、同点装置，同点装置中的小回线装置以其结构简单，布置方便，同时结构小型化，在矿井、隧道、城市等狭窄空间中发挥着较大作用。其勘探方式是在发射线圈中通入稳定电流，在开始勘探瞬间断开电流，从而产生变化的磁场也就是一次场，地下异常体在收到一次场激发后由于涡流效应，在建立涡流以及涡流衰减的过程中产生磁场也就是二次场，通过接收线圈接收，通过分析二次场的中包含的信息，来获取地下构造信息。
但在勘探过程中，发射电流由稳态变化至0这一过程称之为关断，所消耗的时间称为关断时间。在关断过程中，由于发射线圈与接收线圈距离较近，会导致发射过程中的一次场耦合至接收线圈中，同时在电流变化的瞬间就产生了二次场，这使得在关断过程中，接收线圈同时得到了一次场的耦合信号与地下异常体返回的二次场信号，而一次场幅值远高于二次场信号，这就导致早期信号被淹没，无法正确的判断信号情况，而早期信号对应着浅层地质信息，这就导致了浅层盲区问题的出现。为了有效的抑制一次场耦合带来的影响。
实用新型内容
本实用新型目的是提供一种基于自去耦结构的瞬变电磁探测装置，通过线圈的结构设计，来有效的削弱勘探过程中一次场耦合所带来的影响，从而减少了勘探过程中的浅层盲区，使得所得勘探数据更加接近真实的地下情况。
本实用新型是这样实现的，一种基于自去耦结构的瞬变电磁探测装置，包括：
瞬变电磁发射机：与发射线圈连接，向发射线圈中通入变化电流从而产生磁场；
瞬变电磁接收机:与接收线圈连接；
发射线圈：为多匝方形线圈；
所述接收线圈包括：
内部接收线圈：为多匝圆形线圈，置于发射线圈内部；
外部接收线圈：为四个多匝圆形线圈，分别置于发射线圈外部。
进一步地，还包括：供能电池组：接入发射机中，为发射过程提供能量。
进一步地，所述发射线圈与所述接收线圈分布在同一平面内，方形发射线圈与在其内部的内部接收线圈同轴，同时四个外部接收线圈对称布置在发射线圈的四角处。
进一步地，四个外部接收线圈尺寸大小、导线类型、绕线方式、绕线方向与匝数均一致，同时外部接收线圈与内部接收线圈绕线方向、方式以及使用的导线类型一致，通过每个接收线圈上的两个接头进行连接。
进一步地，内部接收线圈与外部接收线圈按照外部接收线圈-内部接收线圈-外部接收线圈的方式，通过双绞线进行连接。
本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：本实用新型提出了自去耦结构的小尺寸瞬变电磁勘探系统，通过利用发射线圈内外磁通方向不同的特性，选用多个接收线圈，有效的抑制了一次场的耦合干扰，减少了浅层盲区所带来的影响，大幅度提高了勘探结果的准确度。
附图说明
图1为本实用新型提供的基于自去耦结构的瞬变电磁探测装置结构示意图；
图2为本实用新型提供的基于自去耦结构的瞬变电磁探测装置连接示意图；
图3为本实用新型提供的自去耦结构抑制耦合效果示意图，
图中：1、发射机；2、接收机；3、发射线圈；4、内部接收线圈；5、外部接收线圈一；6、外部接收线圈二；7、外部接收线圈三；8、外部接收线圈四；9、供能电池组。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
参见图1结合图2所示，一种基于自去耦结构的瞬变电磁探测装置，该装置包括：瞬变电磁发射机1、瞬变电磁接收机2、发射线圈3、内部接收线圈4、外部接收线圈5-8、供能电池组9。其中发射机1、接收机2均与上位机连接；发射机1与发射系统即发射线圈3相连接，在工作阶段，发射机1用于向发射线圈3中通入脉冲电流，完成激发；接收机2和内部接收线圈4与外部接收线圈5-8组成的接收系统相连接，在开始发射后，接收系统用于接收返回的二次场信号，将其传输至接收机中显示并进行后续处理。
发射线圈3是由漆包线缠绕的方形线圈，在外部接收线圈一5；外部接收线圈二6；外部接收线圈三7；外部接收线圈四8的中心位置，同时其中心与内部接收线圈4圆心重合，为了保证整体设计小于城市道路宽度且保证其发射磁矩，在预设其发射电流为10A条件下，通过公式m＝L2NTI计算，本实施例选取发射线圈3的边长L＝1.25m，取其匝数NT＝5匝。
内部接收线圈4是由漆包线绕制的圆形线圈，其圆心与发射线圈中心所重合，且位于发射线圈内部，对于内部接收线圈4的参数设计，通过考虑线圈的灵敏度、信噪比以及线圈带宽等参数，保证其半径Ri存在：2Ri＜L即可。在本实施例中，取Ri＝0.4m，Ni＝8匝。
外部接收线圈5-8是由漆包线绕制的小型圆形线圈，四个接收线圈分别位于发射线圈的左上角、右上角、左下角、右下角的位置处，因为除了位置以外上述四个外部接收线圈5-8没有其他区别，所以取接收线圈5来计算其参数即可映射至其他内部接收线圈。
接收线圈5的半径Ro与匝数No的计算过程为：在计算过程不在本实用新型的保护范围内。
保证一次场耦合的干扰有效抑制即需要内部接收线圈4与外部接收线圈5-8的感应电动势之和为零即：Vout1+Vout2+Vout3+Vout4≈-Vin。
对于感应电动势与磁通变化率之间按，存在：同时磁通量与互感系数之间存在：Φ＝M·I，而其中的I均为发射线圈中的电流，故为了保证抑制耦合，实现：Mout1+Mout2+Mout3+Mout4≈Min即可。
对于多匝线圈之间的互感系数，由诺依曼公式，有：
将所得到的发射线圈参数、内部接收线圈参数带入，有：
将上述公式通过Matlab计算，可以得到不同的半径Ro与匝数No相组合的结果；可以看到，其中的线即为整体的零耦合线，在这条线上点所代表的半径与匝数的组合在理论上即为可以使一次场耦合抑制为零的参数。因为零耦合线上的点大多匝数或半径存在非整数的情况，所以本实施例选择剩余耦合较小的，极为靠近零耦合线的Ro＝0.25m、No＝41匝。
参见图2所示，对于多个接收线圈的连接方式，本设计选择将各个接收线圈进行链接，是以“外部接收线圈-内部接收线圈-外部接收线圈”的方式交替链接，同时内部接收线圈与外部接线圈的绕向一致，最终合并至接收机中，在保证获得信号统一的同时，避免了使用多个接收机带来的放大器噪声，提高了采集到的信号质量。
利用本实施例中的参数，将自去耦结构在有限元仿真软件ANSYS MAXWELL 3D中进行仿真建模，在均匀半空间的环境下计算，可以得到其结果如图3所示，对比常规的瞬变电磁勘探装置，一次场所带来的耦合显著减少，在10mv左右，同时其信号水平在3.5V左右，可以看出，在使用自去耦结构后，有效抑制了发射线圈一次场的耦合干扰。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于自去耦结构的瞬变电磁探测装置，其特征在于，包括：
瞬变电磁发射机：与发射线圈连接，向发射线圈中通入变化电流从而产生磁场；
瞬变电磁接收机:与接收线圈连接；
发射线圈：为多匝方形线圈；
所述接收线圈包括：
内部接收线圈：为多匝圆形线圈，置于发射线圈内部；
外部接收线圈：为四个多匝圆形线圈，分别置于发射线圈外部。
2.按照权利要求1所述的基于自去耦结构的瞬变电磁探测装置，其特征在于，还包括：供能电池组：接入发射机中，为发射过程提供能量。
3.按照权利要求1所述的基于自去耦结构的瞬变电磁探测装置，其特征在于，所述发射线圈与所述接收线圈分布在同一平面内，方形发射线圈与在其内部的内部接收线圈同轴，同时四个外部接收线圈对称布置在发射线圈的四角处。
4.按照权利要求3所述的基于自去耦结构的瞬变电磁探测装置，其特征在于，
四个外部接收线圈尺寸大小、导线类型、绕线方式、绕线方向与匝数均一致，同时外部接收线圈与内部接收线圈绕线方向、方式以及使用的导线类型一致，通过每个接收线圈上的两个接头进行连接。
5.按照权利要求3所述的基于自去耦结构的瞬变电磁探测装置，其特征在于，内部接收线圈与外部接收线圈按照外部接收线圈-内部接收线圈-外部接收线圈的方式，通过双绞线进行连接。
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