CN111751892A - 基于100%占空比双极性电流的矿井瞬变电磁探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于100％占空比双极性电流的矿井瞬变电磁探测装置，提出采用占空比100％的双极性方波来激发二次场，在不增加发射磁矩、接收天线有效面积的情况下将二次场信号强度提高了1倍。由于没有关断间歇，在相同探测时间内叠加次数增加了1倍，二次场信噪比提高至
倍，提高了探测的准确率和效率。同时，利用一次场在电流稳定期间变化率为0的特点，采用磁感应线圈或磁感应探头输出二次场感应电压，实现了电流发射期间总场中二次场的提取。具有重大实际应用意义。
Description
技术领域
本发明涉及矿井地球物理勘探领域，更具体地说，它涉及一种基于100％占空比双极性电流的矿井瞬变电磁探测方法。
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，在一次脉冲磁场间歇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的一种方法。瞬变电磁法按照应用范围包含航空、地面、海洋、矿井瞬变电磁法，矿井瞬变电磁法广泛应用于煤矿井下掘进迎头前方、巷道顶底板、工作面顶底板、侧帮水害探测领域，是一种时间域方法。
矿井瞬变电磁探测技术主要用于地下工程中致灾水体探测。现有地下工程瞬变电磁探测技术都是基于50％占空比双极性电流发射，耗能大，效率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于100％占空比双极性电流的矿井瞬变电磁探测方法及装置，采用占空比100％的双极性方波来激发二次场，在不增加发射磁矩、接收天线有效面积的情况下将二次场信号强度提高了1倍。由于没有关断间歇，在相同探测时间内叠加次数增加了1倍，二次场信噪比提高至
倍，提高了探测的准确率和效率。同时，利用一次场在电流稳定期间变化率为0的特点，采用磁感应线圈或磁感应探头输出二次场感应电压，实现了电流发射期间总场中二次场的提取。具有重大实际应用意义。
为了解决上述问题，本发明技术方案是，一种基于100％占空比双极性电流的矿井瞬变电磁探测方法，包括以下步骤：
S1：***初始化，设置瞬变电磁仪的发射电流脉宽和电流叠加次数；
S2：当天线旋转或移动到约定的测线和测点时，发射单元通过发射天线发射在S1中设置的脉宽的正方波电流；
S3：在S2中正方波电流发射完毕后，瞬变电磁仪通过发射单元通过发射天线发射在S1中设置的脉宽的负方波电流；同时，接收天线接收前方地层感应的二次场信号，并输出二次场感应电压反馈至电磁仪中进行采集；
S4：在S3中负方波电流发射完毕后，电磁仪通过发射天线发射在S1中设置的脉宽的正方波电流；同时，接收天线接收前方地层感应的二次场信号，并输出二次场感应电压反馈至电磁仪中进行采集；
S5：重复进行S3和S4步骤，直至完成S1中设置的叠加次数。
在上述方案中，以20ms脉宽发射电流和叠加16次为例，需要在第1个发射周期，先发射20ms脉宽正方波电流，再发射20ms负方波电流，然后第二个发射周期再继续上述操作，共测量16次。
作为一种优选方案，S3和S4中，正方波发射电路和负方波发射电流之间没有发射电流关断间歇期。
作为一种优选方案，利用了发射电流稳定期间一次场变化率为0的特点，采用磁感应线圈或磁感应探头输出二次场感应电压，实现了电流发射期间总场中二次场的提取。
具体测量方法可依照图3中提供的探测流程图。
一种基于100％占空比双极性电流的瞬变电磁探测装置，基于上述的100％占空比双极性电流的瞬变电磁探测方法，包括收发装置、与收发装置连接的瞬变电磁仪，主机包括电源、控制单元、充电插座、显示屏、发射单元、接收单元和天线插座；天线插座与收发装置活动连接；收发装置包括收发天线、收发线圈或探头，收发天线包括发射天线和接收天线。
在上述方案中，收发装置用于信号的发送和接收，瞬变电磁仪电源用于装置供电，控制单元内设有相应的控制电路用于瞬变电磁收发控制，充电插座用于瞬变电磁仪充电，显示屏用于人机交互和成果图显示，发射单元用于100％双极性方波发射，接收单元用于信号采集，天线插座用于天线连接。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明利用双极性方波在上升沿和下降沿均会产生二次场的特性：在正发射电流下降沿，地层中二次场在接收天线中激发出的感应电压为V1，在负发射电流上升沿，地层中二次场在接收天线中激发出的感应电压为V2，由于正负发射电流期间没有间歇期，因此在正负电流切换期间，接收线圈中二次场感应电压为V1+V2＝2V1＝2V2，因此二次场信号提高了1倍。同时，由于是100％占空比，在相同探测时间内，发射次数为50％占空比发射次数的2倍，因此叠加次数为50％占空比叠加次数的2倍。根据叠加次数与信噪比的关系:
因此
因此，总二次场信噪比提高至
倍。提高了探测的准确率和效率。同时，利用一次场在电流稳定期间变化率为0的特点，采用磁感应线圈或磁感应探头输出二次场感应电压，实现了电流发射期间总场中二次场的提取。具有重大实际应用意义。
本方案创新性利用双极性方波在上升沿和下降沿均会产生二次场的特性，采用100％占空比双极性电流发射，提高了探测的准确率和效率。
附图说明
图1为本发明所述的基于100％占空比双极性电流的矿井瞬变电磁探测装置结构示意图。
图2为100％双极性方波发射电流示意图。
图3是本发明基于100％占空比双极性电流的矿井瞬变电磁探测方法流程框图。
附图标记：1、瞬变电磁仪主机；2、收发装置；3、控制单元；4、充电插座；5、显示屏；6、发射单元；7、接收单元；8、天线插座；9、电源；10、正方波发射电流；11、负方波发射电流；12、正关断二次场感应电压；13、负关断二次场感应电压。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1，结合图3所示：
一种100％占空比双极性电流的矿井瞬变电磁探测方法，包括以下步骤：
S1：***初始化，设置瞬变电磁仪的发射电流脉宽和电流叠加次数；
S2：当天线旋转或移动到约定的测线和测点时，发射单元6通过发射天线发射在S1中设置的脉宽的正方波电流；
S3：在S2中正方波电流发射完毕后，电磁仪通过发射单元6发射在S1中设置的脉宽的负方波电流；同时，接收天线接收前方地层感应的二次场信号，并输出二次场感应电压反馈至电磁仪中进行采集；
S4：在S3中负方波电流发射完毕后，电磁仪通过发射天线发射在S1中设置的脉宽的正方波电流；同时，接收天线接收前方地层感应的二次场信号，并输出二次场感应电压反馈至电磁仪中进行采集；
S5：重复进行S3和S4步骤，直至完成S1中设置的叠加次数。
在上述实施例中，以20ms脉宽发射电流和叠加16次为例，需要在第1个发射周期，先发射20ms脉宽正方波电流，再发射20ms负方波电流，然后第二个发射周期再继续上述操作，共测量16次。
作为一种优选实施例，S3和S4中，在正方波发射电路和负方波发射电流之间没有发射电流关断间歇期。
作为一种优选实施例，利用了发射电流稳定期间一次场变化率为0的特点，采用磁感应线圈或磁感应探头输出二次场感应电压，实现了电流发射期间总场中二次场的提取。在上述优选实施例中，利用了发射电流稳定期间一次场变化率为0的特点，采用磁感应线圈或磁感应探头输出二次场感应电压，实现了电流发射期间总场中二次场的提取。
具体测量方法可依照图3中提供的探测流程图。
实施例2，结合图1和图2所示：
一种基于100％占空比双极性电流的瞬变电磁探测装置，基于上述的100％占空比双极性电流的瞬变电磁探测方法，包括收发装置2、与收发装置2连接的瞬变电磁仪，主机包括电源9、控制单元3、充电插座4、显示屏5、发射单元6、接收单元7和天线插座8；天线插座8与收发装置2活动连接；收发装置2包括收发天线、收发线圈或探头，收发天线包括发射天线和接收天线。
在上述实施例中，收发装置用于信号的发送和接收，瞬变电磁仪电源用于装置供电，控制单元内设有相应的控制电路用于瞬变电磁收发控制，充电插座用于瞬变电磁仪充电，显示屏用于人机交互和成果图显示，发射单元用于100％双极性方波发射，接收单元用于信号采集，天线插座用于天线连接。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (4)
1.一种基于100％占空比双极性电流的矿井瞬变电磁探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：***初始化，设置发射电流脉宽和叠加次数；
S2：当天线旋转或移动到约定的测线和测点时，电磁仪向发射天线发射在S1中设置的脉宽的正方波电流；
S3：在S2中正方波电流发射完毕后，电磁仪向发射天线发射在S1中设置的脉宽的负方波电流；同时，接收天线接收前方地层感应的二次场信号，并输出二次场感应电压反馈至电磁仪中进行采集；
S4：在S3中负方波电流发射完毕后，电磁仪向发射天线发射在S1中设置的脉宽的正方波电流；同时，接收天线接收前方地层感应的二次场信号，并输出二次场感应电压反馈至电磁仪中进行采集；
S5：继续进行S3至S4步骤，直至完成S1中设置的叠加次数。
2.根据权利要求1所述的基于100％占空比双极性电流的瞬变电磁探测方法，其特征在于，所述S3和S4中，在正方波发射电流和负方波发射电流之间没有发射电流关断间歇期。
3.根据权利要求1或2所述的基于100％占空比双极性电流的瞬变电磁探测方法，其特征在于，所述利用了发射电流稳定期间一次场变化率为0的特点，采用磁感应线圈或磁感应探头输出二次场感应电压，实现了电流发射期间总场中二次场的提取。
4.一种基于100％占空比双极性电流的瞬变电磁探测技术与装置，基于权利要求1至3任一所述的基于100％占空比双极性电流的瞬变电磁探测方法，其特征在于，包括收发装置(2)、与收发装置(2)连接的瞬变电磁仪，主机包括电源(9)、控制单元(3)、充电插座(4)、显示屏(5)、发射单元(6)、接收单元(7)和天线插座(8)；天线插座(8)与收发装置(2)活动连接；收发装置(2)包括收发天线、收发线圈或探头，收发天线包括发射天线和接收天线。
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