一次场干扰自消的低噪声瞬变电磁测量装置

摘要

本发明涉及一次场干扰自消的低噪声瞬变电磁测量装置，包括发射线圈和接收线圈，两者间留有空隙；接收线圈在绕制时，绕制成一个主测量线圈和四个附加子线圈，其中，主测量接收线圈与发射线圈采用共中心点形式摆放，四个子线圈分别放置于发射线圈内的四个角处并与主测量接收线圈串联，且主测量接收线圈的绕制方向与子线圈的绕制方向相反。本发明一是可有效减少互感影响；二是利用发射线圈与接收线圈之间的互感效应来降低前者对后者的影响，在消弱一次场干扰的同时，保障了二次场信号的有效利用；三是其自身具备一定干扰噪声压制作用，在一定程度上可提高信噪比，利于对二次场晚期弱信号识别和提取；本发明不改变传统的中心回线测量装置形式，探测施工便捷。

说明书

技术领域

本发明涉及瞬变电磁探测技术，具体地说是一种一次场干扰自消的低噪声瞬变电磁测量装置。

 

背景技术

众所周知，瞬变电磁法属于时间域电磁法，简称TEM。它是利用不接地回线向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈观测感应二次电磁场，通过对感应二次电磁场时空分布规律的研究，来达到解决探测对象电磁性结构分析的方法。随着地球物理勘探事业的发展，复杂地区的勘探日益增多，瞬变电磁法数据采集越来越受到工作区域条件的限制，特别是在隧道、井下超前探测中，由于施工条件限制，回线边长不能太大，使得采集到的信号非常微弱，探测的深度大大降低，满足不了精细勘探和超前探测的要求。为满足以上要求，在线圈大小一定的情况下，不得不增加线圈匝数，但由此也带了互感的影响问题（引用文献：肖明辉等. 国内多匝小线框瞬变电磁研究现状探讨.2011，10：158-159）。在瞬变电磁法中，如天然电磁场噪声、人文干扰和煤矿井下电气设备运转等，均会严重干扰瞬变电磁设备的测量效果，为了抑制干扰必须要找到有效的方法。

 

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提出一种有效减少互感、提高信噪比并能利用互感影响来削弱一次场的瞬变电磁测量装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一次场干扰自消的低噪声瞬变电磁测量装置，包括发射线圈和内置其中的接收线圈，所述接收线圈由主测量线圈和若干个子线圈相互串联构成，所述子线圈均匀分布于所述发射线圈和主测量线圈之间，所述主测量线圈的绕制方向与子线圈的绕制方向相反。

所述发射线圈、主测量线圈和四个子线圈呈回字形结构，且位于同一平面内；所述子线圈分别布置在发射线圈的内角和主测量线圈的外角之间，其中发射线圈和主测量线圈的中心点重合。

所述发射线圈与主测量线圈及子线圈之间留有空隙。

本发明的有益效果：本发明采用独特的装置设计，一方面，发射线圈尺寸大于接收线圈，且发射线圈与接收线圈之间留有空隙，可有效减少互感影响；另一方面，利用发射线圈与接收线圈之间的互感效应来降低发射线圈对接收线圈的影响，在消弱一次场干扰的同时，保障了二次场信号的有效利用；第三方面，其自身具备一定干扰噪声压制作用，在一定程度上可提高信噪比，尤其更有利于对二次场晚期弱信号识别和提取；本发明不改变传统的中心回线测量装置形式，探测施工便捷。

 

附图说明

图1 是本发明的结构示意图；

图2 是接收线圈的结构示意图；

图3 是本发明接收线圈绕制方向简单示意图；

图4 是本发明测量得到的感应电压衰减曲线图；

图中，1.发射线圈，2.接收线圈，3.主测量线圈，4.子线圈，5.主测量线圈绕制方向，6.子线圈绕制方向，7.主测量线圈电流方向，8.子线圈电流方向，9.发射引线，10.接收引线。

 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：如图1-3所示，一次场干扰自消的低噪声瞬变电磁测量装置，包括发射线圈1和接收线圈2，接收线圈2内置于发射线圈1中，两者分别经发射引线9和接收引线10与接收机连接。

发射线圈1的尺寸大于接收线圈2，发射线圈1与接收线圈2之间留有空隙，两者呈回字形结构；接收线圈2在绕制时，绕制成一个主测量线圈3，四个附加子线圈4，子线圈4也呈回字形结构。主测量线圈3与发射线圈1位于同一平面，采用共中心点形式摆放，四个附加子线圈4分别放置于发射线圈1的顶角内侧和主测量线圈的顶角外侧之间并与主测量线圈串联；主测量线圈绕制方向5与子线圈绕制方向6相反。

本发明探测原理为：激励电源对发射线圈进行激励后，四个附加小接收线圈由于最靠近发射线圈，受发射线圈互感影响比较强，一次场强度大，因此，相对于传统测量装置形式而言，由于四个附加小接收线圈的存在，且主测量线圈与四个附加小线圈的感生电动势信号反向，这样会达到削弱一次场的目的。由于绕制反向，环境噪声在大、小接收线圈内的响应亦反向，这样能压制噪声干扰、增加信噪比，有利于有效信号的识别。

如图4所示，其为采用同一发射线圈（Tx），分别采用不同形式接收线圈（Rx1、Rx2）同一测点测量得到的感应电压衰减曲线，Tx与Rx为共中心组合装置类型。其中Rx2线圈形式见附图1-3，Rx1形式除去四个附加小线圈外同Rx2。

从图4可以明显看出：（1）虽然曲线1、2反映出的早期场信号均出现超幅现象，但仍存在较大差异：曲线1所反映出的早期场信号更强，超幅现象更为严重，即曲线1退出饱和信号的的时间（约为48.8μs）晚于曲线2退出饱和信道时间（约为33.6μs）；（2）曲线2对应的一次场至二次场的过渡时间（约37.6μs），比曲线1对应的过渡时间（约55.2μs）更短；（3）曲线1、2所反映的二次场信号衰减趋势形态基本一致，二次场晚期信号（曲线尾支）均受噪声影响，衰减曲线出现波动，但曲线2衰减更加平滑，波动更小；

其中，（1）（2）说明了相同条件下相比Rx1，Rx2受发射回线产生的一次场干扰影响更小，其自身暂态过程也更短，这样采集所得的早期场信号中的二次场早期信息在较大程度上得以保留，对于浅层地质探测更加有利；（3）说明了Rx2可以保障二次场信号，尤其是晚期场信号受噪声影响要弱，信噪比要高些，这得益于该结构设计本身对于噪声信号具有一定的压制作用，因此中深层地质探测效果更理想。

实施例2：与实施例1不同的是在保证整体结构不变的情况下，接收线圈的绕制方式可以多样，且接收线圈绕成的形状也可多样，只要保证主测量线圈与四个附加小线圈绕制方向相反即可。

具体在实施过程中，一种一次场干扰自消的低噪声瞬变电磁测量装置，包括以下步骤：

（1）整体采用共中心点测量装置形式，但接收线圈绕制时，用一根线将其绕成一个主测量线圈、四个附加小线圈形式，且主测量线圈与四个附加小线圈绕制方向相反；

（2）根据实际工作需要，确定发射线圈和接收线圈的匝数、边长等参数，并确定其固定形式等；

（2）发射线圈接头接入发射机，将接收线圈的接头与接收机相连，；

（3）当激励电源对发射线圈进行激励后，采集通道对接收线圈获得的信号进行全程采集，并将采集到的信号传入接收机，完成数据采集。

 

上述仅为本发明的实施例而已，对本领域的技术人员来说，本发明有多种更改和变化。凡在本发明的发明思想和原则之内，作出任何修改，等同替换，改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。