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全程全空間瞬變電磁裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及全程全空間瞬變電磁裝置，該裝置包括發(fā)射單元和多通道接收單元，兩者分別與信號處理單元相連接，所述信號處理單元經(jīng)通訊單元與主機(jī)連接。通過主機(jī)操作軟件設(shè)置相關(guān)參數(shù)，由接收、發(fā)射單元共同實(shí)現(xiàn)場源激發(fā)，并完成感應(yīng)信號與激勵(lì)源信號的采集、記錄等，通過RS485傳輸至主機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示、存儲及管理等。本實(shí)用新型可有效減少自感及互感影響，提高信噪比和靈敏度；接收線圈根據(jù)探測需要，可組合成不同形式，得到不同的探測效果，實(shí)現(xiàn)全空間條件下對異常體方位的判別；降低探測盲區(qū)，改善并提高淺層探測效果；采用ARM四核處理器硬件平臺并配備專用嵌入式操作系統(tǒng)，可方便的將測量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)成像、對比、判別和后續(xù)分析。
【專利說明】全程全空間瞬變電磁裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及地球物理勘探裝置及測量方法領(lǐng)域，特別是一種全程全空間瞬變電磁裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，瞬變電磁法又稱時(shí)間域電磁法(--Μ)，它是根據(jù)電磁感應(yīng)原理，利用不接地線圈向地下發(fā)送一次電磁場，在一次電磁場間歇期間，使用不接地線圈觀測二次場的方法，進(jìn)行不同巖性地層的物性差異分析。
[0003]在常規(guī)瞬變電磁法勘探中，為達(dá)到一定的探測深度，發(fā)射和接收裝置常使用多匝線圈。特別是在礦井巷道中進(jìn)行勘探，如進(jìn)行超前探測等工作時(shí)，由于巷道內(nèi)金屬錨網(wǎng)等干擾，必需增加回線匝數(shù)，增大磁矩，以增加勘探深度。而線圈匝數(shù)的增加，也使得線圈的自感及相互間的互感對早期數(shù)據(jù)的影響增大，關(guān)斷時(shí)間增加，早期的數(shù)據(jù)發(fā)生畸變，不能加以利用。
[0004]從原理上講，TEM不僅能夠測量淺層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，而且能夠測量深層地質(zhì)構(gòu)造，而TEM方法探測淺部結(jié)構(gòu)的能力主要由早期信號攜帶，因此，線圈的自感及互感影響導(dǎo)致的早期數(shù)據(jù)發(fā)生畸變直接影響淺層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的測量，使得常規(guī)瞬變電磁法存在一個(gè)探測盲區(qū)，可達(dá)幾十米。
[0005]而且，在礦井巷道中，用瞬變電磁法對不良地質(zhì)體進(jìn)行探測時(shí)，與在地表對地表下進(jìn)行探測截然不同。前者屬于地下全空間反演，想要確定異常體的位置和范圍，需要考慮周圍空間的綜合影響。因此，在礦井巷道中，利用瞬變電磁法對異常體進(jìn)行探測時(shí)，存在著如何對異常體方位進(jìn)行判別的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的是為了解決上述【背景技術(shù)】存在的不足，提出一種能有效降低線圈間自感及相互間互感、能減小盲區(qū)并能對異常體進(jìn)行全空間有效定位的瞬變電磁裝置及測量方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:全程全空間間瞬變電磁裝置，包括與發(fā)射線圈連接的發(fā)射單元和與接收線圈連接的多通道接收單元，所述發(fā)射單元和多通道接收單元兩者分別與信號處理單元相連接，所述信號處理單元經(jīng)通訊單元與主機(jī)連接；所述發(fā)射單元包括多頻發(fā)射器、第一 A/D轉(zhuǎn)換芯片和用于給發(fā)射線圈供電的激勵(lì)電源；所述多通道接收單元包括與至少兩個(gè)接收線圈相連接的前置放大器及第二 A/D轉(zhuǎn)換芯片；所述第一 A/D轉(zhuǎn)換芯片采集多頻發(fā)射器電流信息并送入信號處理單元處理，所述第二 A/D轉(zhuǎn)換芯片將經(jīng)前置放大器放大或縮小信號采集后送入信號處理單元處理；所述信號處理單元由現(xiàn)場可編程邏輯單元(以下簡稱FPGA)和隨機(jī)存儲器(以下簡稱RAM)構(gòu)成，所述通訊單元用于將所述RAM存儲的數(shù)據(jù)存入主機(jī)。
[0008]所述發(fā)射線圈置于所述接收線圈外側(cè)周邊或端部上方，其間設(shè)有0.1-0.6m間隙。[0009]所述接收線圈是由主接收線圈和副接收線圈構(gòu)成的雙接收線圈；其中主、副接收線圈大小相同，且平行對稱設(shè)置，間距為6-12cm;所述發(fā)射線圈放置于所述雙接收線圈的上下兩端上方且與雙接收線圈相互垂直。
[0010]所述接收線圈由主接收線圈和副接收線圈構(gòu)成；其中主、副接收線圈大小相同，且平行對稱設(shè)置，間距為6-12cm ;所述主接收線圈套置于發(fā)射線圈內(nèi)且與之共面及共中心點(diǎn)。
[0011]所述接收線圈由主接收線圈、副接收線圈和子接收線圈構(gòu)成；其中主、副接收線圈大小相同，且平行對稱設(shè)置，間距為6-12CH1 ;子接收線圈為單匝小線圈，套置于主接收線圈內(nèi)；所述發(fā)射線圈套置于主接收線圈外，發(fā)射線圈、主接收線圈和子接收線圈三者處于同一平面且中心點(diǎn)相同；其中，發(fā)射線圈與主接收線圈間隔0.1 m-0.6m，主接收線圈與子接收線圈間隔 0.05 m-0.3mο
[0012]所述接收線圈由主接收線圈、副接收線圈和子接收線圈構(gòu)成，所述子接收線圈為單匝小線圈，套置于主接收線圈內(nèi)；所述發(fā)射線圈套置于主接收線圈外，發(fā)射線圈、主接收線圈和子接收線圈三者處于同一平面且中心點(diǎn)相同；所述副接收線圈與主接收線圈和子接收線圈的擺放方式為正交或斜交。
[0013]所述接收線圈由主接收線圈和副接收線圈套置構(gòu)成雙接收線圈，所述發(fā)射線圈放置于套置的雙接收線圈的外圍，所述發(fā)射線圈和套置的雙接收線圈位于同一平面且兩者中心點(diǎn)相同。
[0014]所述前置放大器和第二 A/D轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)量根據(jù)接收線圈的個(gè)數(shù)對應(yīng)配置，并相應(yīng)設(shè)置若干個(gè)同步接收測量數(shù)據(jù)的通道通訊接口。
[0015]所述主機(jī)采用ARM四核處理器，實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)；所述通訊單元為RS485接口或USB接口。
[0016]本實(shí)用新型的瞬變電磁測量方法，包括以下步驟:
[0017](I)攜帶裝置進(jìn)入礦井下巷道探測區(qū)；
[0018](2)完成裝置的主機(jī)、采集單元、發(fā)射單元和多通道接收單元各組件的連接，并將發(fā)射、接收線圈按工作需要對準(zhǔn)指定異常體測量方向，按下主機(jī)和采集單元電源按鈕，進(jìn)入工作狀態(tài)；
[0019](3)設(shè)置采集單元相關(guān)參數(shù)；
[0020](4)參數(shù)設(shè)置完后，按下主機(jī)上的數(shù)據(jù)采集按鈕，激發(fā)建立一次場源，當(dāng)一次場遇到目標(biāo)地質(zhì)體后，會產(chǎn)生二次場感應(yīng)信號，前置放大器將感應(yīng)信號放大，經(jīng)第二 A/D轉(zhuǎn)換芯片將其采集后，送入FPGA并存入隨機(jī)存儲器，并用FPGA讀出RAM數(shù)據(jù)后經(jīng)過通訊單元(RS485接口或USB接口)存入主機(jī)，通過主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示及管理；
[0021](5)若接收線圈采用兩個(gè)或兩個(gè)以上線圈組合裝置形式，則通道的個(gè)數(shù)與接收線圈的個(gè)數(shù)相同，當(dāng)接收線圈接收到感應(yīng)信號后，各接收線圈相對應(yīng)的前置放大器及第二 A/D采集器分別對各感應(yīng)信號進(jìn)行放大及采集，并送入FPGA進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，最后通過通訊單元(RS485接口或USB接口)存入主機(jī)，通過主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示及管理。
[0022](6)根據(jù)所需角度移動(dòng)接收線圈，將其放置于其它待測的目標(biāo)異常體位置，按步驟
(3)- (5)進(jìn)行探測。
[0023]步驟(3)中，所述相關(guān)參數(shù)為采樣方式、采樣時(shí)間、疊加次數(shù)、采樣頻率測和測道數(shù)。
[0024]本實(shí)用新型的有益效果:第一，本實(shí)用新型提供了多個(gè)接收通道，可以接收多個(gè)線圈的感應(yīng)信號。第二，根據(jù)探測目的的不同，接收線圈可組合成不同的形式，并會得到不同的探測效果:1:針對全空間探測問題，主接收線圈和副接收線圈兩者大小相同，并平行對稱放置，其中一個(gè)接收線圈為針對探測方向測量使用，另一個(gè)接收線圈為分辨反方向感應(yīng)信號，可分辨全空間效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)全空間條件下對異常體方位的判別；:1針對傳統(tǒng)瞬變盲區(qū)問題，采用主接收線圈(大尺寸、多匝、大磁矩)和子接收線圈(小尺寸、多匝/單匝、小磁矩)共中心點(diǎn)形式，其中主接收線圈主要觀測晚期場信號，子接收線圈觀測早期場信號，能實(shí)現(xiàn)全深度的有效測量，從而在保證中深層探測能力的基礎(chǔ)上，降低探測盲區(qū)，改善并提高淺層探測效果。第三，發(fā)射線圈尺寸大于接收線圈，且中間留間隙，可以有效減少自感及互感影響，提高信噪比和靈敏度。第四，采用ARM四核處理器硬件平臺并配備專用嵌入式操作系統(tǒng)，可方便的將測量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)成像、對比、判別和后續(xù)分析。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本實(shí)用新型原理框圖。
[0026]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例二中接收線圈結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例三中接收線圈結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例四中接收線圈結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖中，1.主機(jī)，2.發(fā)射單元，3.多通道接收單元，4.信號處理單元，5.發(fā)射線圈，
6.接收線圈(主接收線圈61、副接收線圈62、子接收線圈63)，7.多通道通訊端口，8.礦用專用電纜，9.通訊單元。
【具體實(shí)施方式】
[0031]結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0032]實(shí)施例一:如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型包括主機(jī)1、發(fā)射單元2、多通道接收單元
3、信號處理單元4和通訊單元9。發(fā)射單元2和多通道接收單元3兩者分別與信號處理單元4相連接，信號處理單元4經(jīng)通訊單元與主機(jī)I連接。主機(jī)I用于對采集參數(shù)及配置通道參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、顯示及管理，采用ARM四核處理器，能實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)；主機(jī)I設(shè)置多個(gè)通道通訊端口 7，能同步接收測量數(shù)據(jù)。發(fā)射單元2包括多頻發(fā)射器、第一 A/D轉(zhuǎn)換芯片和用于給發(fā)射線圈5供電的激勵(lì)電源；多通道接收單元3包括與接收線圈6相連接的前置放大器及第二 A/D轉(zhuǎn)換芯片；信號處理單元4包括FPGA和RAM，F(xiàn)PGA用于控制第一、第二 A/D轉(zhuǎn)換芯片及前置放大器，對第一、第二 A/D轉(zhuǎn)換芯片采集的信息進(jìn)行處理，并將處理的數(shù)據(jù)存入RAM ;通訊單元9采用RS485接口、網(wǎng)絡(luò)接口或USB接口，用于將RAM存儲的數(shù)據(jù)經(jīng)通訊接口存入主機(jī)I。
[0033]接收線圈的布置有多種實(shí)施方式，本例中的接收線圈由主接收線圈61、副接收線圈62和子接收線圈63構(gòu)成，主、副接收線圈大小相同，且平行對稱設(shè)置，間距為6-12cm ；子接收線圈63為單匝小線圈，套置于主接收線圈61內(nèi)；發(fā)射線圈5套置于主接收線圈61夕卜，且發(fā)射線圈5、主接收線圈61和子接收線圈63處于同一平面且三者中心點(diǎn)相同；其中，發(fā)射線圈5與主接收線圈61間隔0.1 m-0.6m,主接收線圈61與子接收線圈63間隔0.05m-0.3mο
[0034]前置放大器和第二 A/D轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)量根據(jù)接收線圈的個(gè)數(shù)對應(yīng)配置。同時(shí)配置相應(yīng)的多通道通訊接口。通訊接口采用RS485接口、網(wǎng)絡(luò)接口或USB接口。
[0035]實(shí)施例二:如圖3所示，與實(shí)施例一的不同之處在于副接收線圈與主、子接收線圈的擺放方式為正交或斜交。其中，發(fā)射線圈與主、子接收線圈共中心點(diǎn)，副接收線圈與主、子接收線圈及發(fā)射線圈可共也可不共中心點(diǎn)。
[0036]實(shí)施例三:如圖4所示，與實(shí)施例一的不同之處在于接收線圈由兩個(gè)相互平行的接收線圈組成雙接收線圈，即主接收線圈61和副接收線圈62，兩接收線圈面積相等且主接收線圈61和副接收線圈62之間留有一定的距離；發(fā)射線圈放置于主接收線圈61外側(cè)且與其共中心點(diǎn)。
[0037]實(shí)施例四:如圖5所示，與實(shí)施例一的不同之處在于接收線圈由套置的雙接收線圈組成，套置的雙接收線圈由大尺寸、多匝、大磁矩的主接收線圈61和小尺寸、多匝/單匝、小磁矩的副接收線圈62兩種形式線圈組成；發(fā)射線圈放置于大尺寸的主接收線圈的外圍，與套置的雙接收線圈共中心點(diǎn)且共面。發(fā)射線圈與套置的雙接收線圈的主接收線圈之間的間隙為0.5m。
[0038]實(shí)施例五:與實(shí)施例一的不同之處在于發(fā)射線圈與主、子接收線圈不在同一個(gè)平面上，即發(fā)射線圈與主、子接收線圈分離放置，但發(fā)射線圈與主、副、子接收線圈在同一條軸線上。
[0039]實(shí)施例六:與實(shí)施例一的不同之處在于本實(shí)用新型的各組成部分可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行整合，如可將多通道接收單元、信號處理單元、通訊單元與主機(jī)整合到一起，可將發(fā)射單元、多通道接收單元、信號處理單元、通訊單元及主機(jī)五部分整合到一起，形成全程全空間瞬變電磁裝置。
[0040]實(shí)施例七:與實(shí)施例一的不同之處在于當(dāng)發(fā)射單元、多通道接收單元、信號處理單元、通訊單元與主機(jī)融合到一起時(shí)，在主機(jī)上設(shè)有多個(gè)通道通訊接口，其個(gè)數(shù)可為三個(gè)、六個(gè)、八個(gè)、十二個(gè)，甚至更多，它與接收線圈的個(gè)數(shù)相配置。
[0041]實(shí)施例八:與實(shí)施例一的不同之處在于本實(shí)用新型的各單元變化形式多樣，并形成不同的瞬變電磁裝置，如將發(fā)射單元與發(fā)射線圈單獨(dú)放置；將發(fā)射單元與多通道接收單元整合在一起；還可將所有單元整合到一起形成系統(tǒng)。
[0042]本實(shí)用新型的測量方法，包括以下步驟:
[0043](I)攜帶裝置進(jìn)入礦井下巷道探測區(qū)；
[0044](2)完成儀器各組件(主機(jī)、采集單元、發(fā)射單元和多通道接收單元)的連接，并將發(fā)射接收線圈按工作需要對準(zhǔn)指定異常體測量方向，按下主機(jī)和采集單元電源按鈕，裝置進(jìn)入工作狀態(tài)；
[0045](3)通過主機(jī)操作軟件對采集單元設(shè)置相關(guān)參數(shù)，如采樣方式、采樣時(shí)間、疊加次數(shù)、采樣頻率、測道數(shù)等；
[0046](4)參數(shù)設(shè)置完后，按下主機(jī)上的數(shù)據(jù)采集按鈕，激發(fā)建立一次場源，當(dāng)一次場遇到目標(biāo)地質(zhì)體后，會產(chǎn)生二次場感應(yīng)信號，前置放大器將感應(yīng)信號放大，且A/D采集裝置將其采集后，送入FPGA并存入RAM，并用FPGA讀出RAM數(shù)據(jù)后經(jīng)過RS485接口或USB接口存入主機(jī)，通過主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示及管理；
[0047](5)若接收線圈采用兩個(gè)或兩個(gè)以上線圈組合裝置形式，則通道的個(gè)數(shù)與接收線圈的個(gè)數(shù)相同，當(dāng)接收線圈接收到感應(yīng)信號后，各接收線圈相對應(yīng)的前置放大器及A/D采集單元分別對各感應(yīng)信號進(jìn)行放大及采集，并送入FPGA進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，最后通過RS485接口或USB接口存入主機(jī)，通過主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示及管理。
[0048](6)根據(jù)所需角度移動(dòng)接收線圈，將其放置于其它待測的目標(biāo)異常體位置，按步驟(3)- (5)進(jìn)行探測。
[0049]上述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例而已，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型有多種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的發(fā)明思想和原則之內(nèi)，作出任何修改，等同替換，改進(jìn)等，均應(yīng)包括在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.全程全空間瞬變電磁裝置，其特征在于:包括與發(fā)射線圈連接的發(fā)射單元和與接收線圈連接的多通道接收單元，所述發(fā)射單元和多通道接收單元兩者分別與信號處理單元相連接，所述信號處理單元經(jīng)通訊單元與主機(jī)連接；所述發(fā)射單元包括多頻發(fā)射器、第一 A/D轉(zhuǎn)換芯片和用于給發(fā)射線圈供電的激勵(lì)電源；所述多通道接收單元包括與至少兩個(gè)接收線圈相連接的前置放大器及第二 A/D轉(zhuǎn)換芯片；所述第一 A/D轉(zhuǎn)換芯片采集多頻發(fā)射器電流信息并送入信號處理單元處理，所述第二 A/D轉(zhuǎn)換芯片將經(jīng)前置放大器放大或縮小信號采集后送入信號處理單元處理；所述信號處理單元由現(xiàn)場可編程邏輯單元和隨機(jī)存儲器構(gòu)成，所述通訊單元用于將所述隨機(jī)存儲器存儲的數(shù)據(jù)存入主機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全程全空間瞬變電磁裝置，其特征在于:所述發(fā)射線圈置于所述接收線圈外側(cè)周邊或端部上方，其間設(shè)有0.1-0.6m間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全程全空間瞬變電磁裝置，其特征在于:所述接收線圈是由主接收線圈和副接收線圈構(gòu)成的雙接收線圈；其中主、副接收線圈大小相同，且平行對稱設(shè)置，間距為6-12cm ;所述發(fā)射線圈放置于所述雙接收線圈的上下兩端上方且與雙接收線圈相互垂直。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全程全空間瞬變電磁裝置，其特征在于:所述接收線圈由主接收線圈和副接收線圈構(gòu)成；其中主、副接收線圈大小相同，且平行對稱設(shè)置，間距為6-12cm;所述主接收線圈套置于發(fā)射線圈內(nèi)且與之共面及共中心點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全程全空間瞬變電磁裝置，其特征在于:所述接收線圈由主接收線圈、副接收線圈和子接收線圈構(gòu)成；其中主、副接收線圈大小相同，且平行對稱設(shè)置，間距為6-12cm;子接收線圈為單匝小線圈，套置于主接收線圈內(nèi)；所述發(fā)射線圈套置于主接收線圈外，發(fā)射線圈、主接收線圈和子接收線圈三者處于同一平面且中心點(diǎn)相同；其中，發(fā)射線圈與主接收線圈間隔0.1 m-0.6m，主接收線圈與子接收線圈間隔0.05 m-0.3m。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全程全空間瞬變電磁裝置，其特征在于:所述接收線圈由主接收線圈、副接收線圈和子接收線圈構(gòu)成，所述子接收線圈為單匝小線圈，套置于主接收線圈內(nèi)；所述發(fā)射線圈套置于主接收線圈外，發(fā)射線圈、主接收線圈和子接收線圈三者處于同一平面且中心點(diǎn)相同；所述副接收線圈與主接收線圈和子接收線圈的擺放方式為正交或斜交。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全程全空間瞬變電磁裝置，其特征在于:所述接收線圈由主接收線圈和副接收線圈套置構(gòu)成的雙接收線圈，所述發(fā)射線圈放置于套置雙接收線圈的外圍，所述發(fā)射線圈和套置的雙接收線圈位于同一平面且兩者中心點(diǎn)相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全程全空間瞬變電磁裝置，其特征在于:所述前置放大器和第二 A/D轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)量根據(jù)接收線圈的個(gè)數(shù)對應(yīng)配置，并相應(yīng)設(shè)置若干個(gè)同步接收測量數(shù)據(jù)的通道通訊接口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全程全空間瞬變電磁裝置，其特征在于:所述主機(jī)采用ARM四核處理器，實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)；所述通訊單元為RS485接口或USB接口。
【文檔編號】G01V3/28GK203480052SQ201320579713
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】倪圣軍, 潘樂荀, 胡雄武, 黃蘭英, 戚俊, 楊勝倫, 吳昭, 舒玉峰 申請人:安徽惠洲地下災(zāi)害研究設(shè)計(jì)院