CN212379588U - 带屏蔽层的瞬变电磁勘探装置及*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种带屏蔽层的瞬变电磁勘探装置及***，包括屏蔽层(1)，所述屏蔽层(1)的一面为屏蔽面，所述屏蔽层(1)的另一面为勘探面，所述屏蔽层(1)勘探面侧设置有发送线圈(2)和n个接收线圈(3)；所述发送线圈(2)产生的磁力线方向垂直于所述屏蔽层(1)，且所述发送线圈(2)内部磁力线方向为远离所述屏蔽层(1)勘探面的方向。结构布置简单，设计巧妙，形成屏蔽层，有效降低对屏蔽面侧人体、仪器设备的辐射、干扰；屏蔽面侧的非期望涡流响应随一次场减弱，降低了对勘探侧有效探测信号的采集影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及电磁法勘探技术领域，具体的说是一种带屏蔽层的瞬变电磁勘探装置及***。
背景技术
瞬变电磁勘探对低阻体极为敏感。传统装置在城市空间中易受到金属围栏、含金属构件的建筑物干扰，在隧道、煤矿、钻孔等全空间复杂环境会受到后方地质体的影响。现有的线圈装置对其激发的一次场缺乏束缚能力，对非期望二次场没有屏蔽能力，极大的影响了勘探的成像精度。
例如在公开专利文献：“矿用瞬变电磁仪精确定位屏蔽接收天线.CN204679653U”、“一种用于瞬变电磁勘探的传感器装置.CN110398780A”介绍了设置有屏蔽层的瞬变电磁接收天线(传感器)，但是辐射干扰大，在勘探过程中，受到非期望涡流响应随一次场的影响，对勘探侧有效探测信号影响较大。
在公开专利文献：“CN 204632921一种瞬变电磁发射天线”介绍了一种配备高磁导率介质制成的型材的发射线圈装置，但是其仅仅包括发射线圈，不包括接收线圈。在勘探过程中，虽然能实现定向发射能力，但是无法避免勘探侧后方的非期望涡流与勘探侧有效探测信号的混叠，使勘探接收线圈捕捉能力差。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型提供了一种带屏蔽层的瞬变电磁勘探装置及***，结构布置简单，设计巧妙，形成屏蔽层，有效降低对屏蔽面侧人体、仪器设备的辐射、干扰；屏蔽面侧的非期望涡流响应随一次场减弱，降低了对勘探侧有效探测信号的采集影响。
为达到上述目的，本实用新型采用的具体技术方案如下：
一种带屏蔽层的瞬变电磁勘探装置，其关键技术在于：包括屏蔽层，所述屏蔽层的一面为屏蔽面，所述屏蔽层的另一面为勘探面，所述屏蔽层勘探面侧设置有发送线圈和n个接收线圈；
所述发送线圈产生的磁力线方向垂直于所述屏蔽层，且所述发送线圈内部磁力线方向为远离所述屏蔽层勘探面的方向。
通过上述设计，设置屏蔽层，发送线圈发出激励信号后，屏蔽层对该一次场的传播起到束缚作用，避免发送线圈产生的一次场对屏蔽面侧的检测人员、仪器的非期望二次感应磁场，有效避免对屏蔽面侧的检测人员以及其他仪器造成辐射、干扰。同时，发送线圈和n个接收线圈同时设置在屏蔽层勘探面侧，通过屏蔽层，有效弱化甚至阻隔了屏蔽面侧的的非期望二次感应磁场与与勘探面侧有效探测信号的混叠，提高接收线圈的检测精度。n为正整数。
进一步的技术方案，所述屏蔽层采用高磁导率材料。
采用高磁导率材料作为屏蔽层，该磁屏蔽层对勘探侧的有效探测信号具有汇聚作用，在一定程度上增强了接收线圈对勘探侧有效探测信号的捕获能力。
再进一步的技术方案，所述发送线圈的正投影在所述屏蔽层的投影内。
采用上述设计，屏蔽层可更大面积的起到屏蔽作用。
再进一步的技术方案，n个接收线圈的正投影落入所述发送线圈的正投影内；还包括补偿线圈，所述补偿线圈与所述发送线圈的电流反向相反，n个接收线圈内部穿过有所述补偿线圈内部的磁力线；所述补偿线圈产生的磁力线穿过n个接收线圈内部的磁通等于所述发送线圈产生的磁力线穿过n个接收线圈内部的磁通。
采用上述补偿环结构，发送线圈产生的磁力线和补偿线圈产生的磁力线经n个接收线圈的方向相反、数量相等；进行相互抵消。结合补偿线圈，使穿过接收线圈的磁通为零。消除发送线圈产生的一次场的作用，提高了接收线圈的检测精度。
作为另一种技术方案，n个接收线圈组成接收线圈组，该接收线圈组设置在所述发送线圈的边缘处，二者部分交集，所述发送线圈的部分正投影和所述接收线圈组的部分正投影相重合。
采用上述方案，n个接收线圈设置在发送线圈的边缘处，二者部分交集，接收线圈内部有两个方向的磁力线穿过，可达到抵消的作用，使发送线圈产生穿过接收线圈的磁通为零，消除发送线圈产生的一次场的作用，提高了接收线圈的检测精度。
作为另一种技术方案，所述接收线圈组为接收线圈阵列，该接收线圈阵列是由n个独立工作的n个接收线圈组成，所有接收线圈导线绕制方向一致；
采用上述技术方案，n个接收线圈相互独立，互补影响，各自进行接收。独立效果好，相互干扰小。
或者有n个接收线圈均匀设置在所述发送线圈的边缘处，n个接收线圈都与所述发送线圈部分交集；在检测过程中，调节接收线圈磁通时，可分别调节n个接收线圈，实现调节。
或者有n-1个接收线圈均匀设置在所述发送线圈的边缘处，一个接收线圈完全位于所述发送线圈内；在检测过程中，调节接收线圈磁通时，发送线圈内部的磁力线数量密集，磁通大，粗调时，可调节位于发送线圈内的接收线圈，精调时，则调节发送线圈的边缘处n-1个接收线圈。
或者有n-1个接收线圈均匀设置在所述发送线圈的边缘处，一个接收线圈完全位于所述发送线圈外；由于发送线圈磁力线数量少，磁通小，则可通过设置在发送线圈外的接收线圈实现精调。
或者有n-2个接收线圈均匀设置在所述发送线圈的边缘处，一个接收线圈完全位于所述发送线圈内，另一个接收线圈完全位于所述发送线圈外；通过设置在发送线圈内的接收线圈进行粗调节，通过设置在发送线圈的边缘处n-2个接收线圈进行精调，再通过设置在发送线圈外的接收线圈进行进一步精调。
或者有n-m个接收线圈完全位于所述发送线圈内，m个接收线圈完全位于所述发送线圈外。n-m个接收线圈、m个接收线圈内穿过的磁力线方向相反数量相等，使n个接收线圈磁通为0.
再进一步的技术方案，或者有n-m个接收线圈完全位于所述发送线圈内，m个接收线圈完全位于所述发送线圈外；
其中，m个接收线圈为为带状线圈，该带状线圈呈环形，形成的环形接收线圈与所述发送线圈同圆心。
采用上述同心式跨环消耦结构，实现n个接收线圈磁通为0。
再进一步的技术方案，n个所述接收线圈为带状线圈，该带状线圈呈环形，并绕所述发送线圈的边缘设置，二者部分交集，所述发送线圈的部分正投影和带状线圈的部分正投影相重合。
上述方案中，接收线圈由一条导线绕制成带状，且带状线圈内圈部分设置在发送线圈内，外圈部分设置在发送线圈外，通过调节带状线圈与发送线圈的重叠部分，来调节磁通的大小。
再进一步的技术方案，所述发送线圈发出的磁通且穿过n个接收线圈内部的磁通量可调。
一种基于带屏蔽功能的瞬变电磁勘探***，包括瞬变电磁勘探装置、发送机、信号调理模块和接收机；所述发送机的两个发送输出端与所述瞬变电磁勘探装置的发送线圈的两端连接；所述瞬变电磁勘探装置中的n个接收线圈组成接收线圈组，该接收线圈组与所述信号调理模块连接，所述信号调理模块输出端组与所述接收机连接。
所述信号调理模块包括n个独立的信号调理电路，每个所述接收线圈连接有一个独立的信号调理电路，所述接收线圈起点端Am与对应所述信号调理电路的正输入端连接，所述接收线圈终点端Bm与对应所述信号调理电路的参考端连接。通过n个独立的信号调理电路分别对n个接收线圈接收的信号进行处理。
所述信号调理电路的包括阻尼电阻R0、电压跟随器A1、运算放大器A2、输入电阻R1与反馈电阻R2；所述阻尼电阻R0的一端作为所述信号调理电路的参考端，所述参考端接地，所述阻尼电阻R0的另一端与所述电压跟随器A1的同相输入端连接，所述电压跟随器A1的同相输入端作为所述信号调理电路正输入端，所述电压跟随器A1的输出端与所述电压跟随器A1反相输入端连接；所述电压跟随器A1输出端与所述输入电阻R1的一端连接，所述输入电阻R1的另一端与所述运算放大器A2的反相输入端连接，所述运算放大器A2的正相输入端接所述参考端，所述运算放大器A2的输出端经所述反馈电阻R2与所述运算放大器A2反相输入端连接，所述运算放大器A2的输出端与所述接收机的一个正输入端连接，所述信号调理电路的参考端与所述接收机的公共参考端连接。
本实用新型的有益效果：包括具备低互感特性的瞬变电磁发射线圈和接收线圈，以及采用高磁导率材料制作的屏蔽层；发射线圈用于发射激励信号；接收线圈用于在发射线圈关断后接收二次磁场信号；屏蔽层高磁导率材料制作，置于发射线圈内部磁力线穿出的反相侧。发射线圈和接收线圈一体化设置，屏蔽层用于束缚发射线圈产生的一次场在屏蔽面侧的传播,减弱了一次场对屏蔽面侧干扰物的激发场，以及对人体、仪器设备的辐射、干扰，并弱化屏蔽面侧的对干扰物产生的非期望二次感应磁场与勘探侧有效探测信号的混叠，同时汇聚勘探面侧的有效探测信号，增强接收线圈对勘探面侧有效探测信号的捕获能力；本实用新型测量精度高,***便携易用,测量时间短,操作简便,成本低,可广泛应用于矿井、隧道超前预报，城市地下空间等复杂环境勘探领域。
附图说明
图1是勘探装置结构框图；
图2是勘探装置的截面示意图；
图3是偏心式跨环消耦结构布置方式的勘探装置示意图；
图4是补偿环结构布置方式的勘探装置示意图；
图5是接收线圈为带状线圈的布置示意图；
图6是同心式跨环消耦结构布置方式的勘探装置示意图；
图7是基于带屏蔽功能的瞬变电磁勘探***电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。
从图1和2可以看出，一种带屏蔽层的瞬变电磁勘探装置，包括屏蔽层1，所述屏蔽层1的一面为屏蔽面，所述屏蔽层1的另一面为勘探面，所述屏蔽层1勘探面侧设置有发送线圈2和n个接收线圈3；在本实施例中，n为正整数。
发送线圈2产生的磁力线方向垂直于所述屏蔽层1，且所述发送线圈2内部磁力线方向为远离所述屏蔽层1勘探面的方向。
在本实用新型中，所述屏蔽层1采用高磁导率材料。
在本实用新型中，所述发送线圈2的正投影在所述屏蔽层1的投影内。
作为一种实施方式，n＝1；结合图4可以看出，为补偿环结构的布置方式；其中，该接收线圈3的正投影落入所述发送线圈2的正投影内；还包括补偿线圈4，所述补偿线圈4与所述发送线圈2的电流反向相反，接收线圈3内部穿过有所述补偿线圈4内部的磁力线；所述补偿线圈4产生的磁力线穿过接收线圈3内部的磁通等于所述发送线圈2产生的磁力线穿过接收线圈3内部的磁通。
作为另一种实施方式，结合图1、2和3可以看出，将接收线圈布置成偏心式跨环消耦结构，n个接收线圈3组成接收线圈组，该接收线圈组设置在所述发送线圈2的边缘处，二者部分交集，所述发送线圈2的部分正投影和所述接收线圈组的部分正投影相重合。n为正整数。
在图1和图2中，n＝2。
在图3中，n＝1。
作为该实施方式，其中，从图5可以看出，包括一个接收线圈，所述接收线圈为带状线圈，该带状线圈呈环形，并绕所述发送线圈2的边缘设置，二者部分交集，所述发送线圈2的部分正投影和带状线圈的部分正投影相重合。
进一步的，所述接收线圈组为接收线圈阵列，该接收线圈阵列是由n个独立工作的n个接收线圈组成，所有接收线圈导线绕制方向一致；
且作为另一种实施方式，在图1、2，有2个接收线圈均匀设置在所述发送线圈2的边缘处，2个接收线圈都与所述发送线圈2部分交集；
作为其他实施方式，有n-1个接收线圈均匀设置在所述发送线圈2的边缘处，一个接收线圈完全位于所述发送线圈2内；n为正整数。
作为其他实施方式，有n-1个接收线圈均匀设置在所述发送线圈2的边缘处，一个接收线圈完全位于所述发送线圈2外；n为正整数。
作为其他实施方式，有n-2个接收线圈均匀设置在所述发送线圈2的边缘处，一个接收线圈完全位于所述发送线圈2内，另一个接收线圈完全位于所述发送线圈2外；n为正整数。
作为再一种实施方式，结合图6可以看出，为同心式跨环消耦结构；其中，有1个接收线圈完全位于所述发送线圈2内，1个接收线圈完全位于所述发送线圈2外。其中，1个位于所述发送线圈2外的接收线圈为带状线圈，该带状线圈呈环形，形成的环形接收线圈与所述发送线圈2同圆心。
本实用新型中所有实施例中，所述发送线圈2发出的磁通且穿过n个接收线圈3内部的磁通量可调。
一种基于带屏蔽功能的瞬变电磁勘探***，结合图7可以看出，包括瞬变电磁勘探装置、发送机5、信号调理模块6和接收机7；
所述发送机5的两个发送输出端与所述瞬变电磁勘探装置的发送线圈2的两端连接；
所述瞬变电磁勘探装置中的所有接收线圈3组成接收线圈组，该接收线圈组与信号调理模块6连接，所述信号调理模块6输出端组与所述接收机7连接。
应当指出的是，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种带屏蔽层的瞬变电磁勘探装置，其特征在于：包括屏蔽层(1)，所述屏蔽层(1)的一面为屏蔽面，所述屏蔽层(1)的另一面为勘探面，所述屏蔽层(1)勘探面侧设置有发送线圈(2)和n个接收线圈(3)；
所述发送线圈(2)产生的磁力线方向垂直于所述屏蔽层(1)，且所述发送线圈(2)内部磁力线方向为远离所述屏蔽层(1)勘探面的方向。
2.根据权利要求1所述的带屏蔽层的瞬变电磁勘探装置，其特征在于：所述屏蔽层(1)采用高磁导率材料。
3.根据权利要求1所述的带屏蔽层的瞬变电磁勘探装置，其特征在于：所述发送线圈(2)的正投影在所述屏蔽层(1)的投影内。
4.根据权利要求1所述的带屏蔽层的瞬变电磁勘探装置，其特征在于：n个接收线圈(3)的正投影落入所述发送线圈(2)的正投影内；
还包括补偿线圈(4)，所述补偿线圈(4)与所述发送线圈(2)的电流反向相反，n个接收线圈(3)内部穿过有所述补偿线圈(4)内部的磁力线；
所述补偿线圈(4)产生的磁力线穿过n个接收线圈(3)内部的磁通等于所述发送线圈(2)产生的磁力线穿过n个接收线圈(3)内部的磁通。
5.根据权利要求1所述的带屏蔽层的瞬变电磁勘探装置，其特征在于：n个接收线圈(3)组成接收线圈组，该接收线圈组设置在所述发送线圈(2)的边缘处，二者部分交集，所述发送线圈(2)的部分正投影和所述接收线圈组的部分正投影相重合。
6.根据权利要求5所述的带屏蔽层的瞬变电磁勘探装置，其特征在于：所述接收线圈组为接收线圈阵列，该接收线圈阵列是由n个独立工作的n个接收线圈组成，所有接收线圈导线绕制方向一致；
或者有n个接收线圈均匀设置在所述发送线圈(2)的边缘处，n个接收线圈都与所述发送线圈(2)部分交集；
或者有n-1个接收线圈均匀设置在所述发送线圈(2)的边缘处，一个接收线圈完全位于所述发送线圈(2)内；
或者有n-1个接收线圈均匀设置在所述发送线圈(2)的边缘处，一个接收线圈完全位于所述发送线圈(2)外；
或者有n-2个接收线圈均匀设置在所述发送线圈(2)的边缘处，一个接收线圈完全位于所述发送线圈(2)内，另一个接收线圈完全位于所述发送线圈(2)外；
或者有n-m个接收线圈完全位于所述发送线圈(2)内，m个接收线圈完全位于所述发送线圈(2)外。
7.根据权利要求6所述的带屏蔽层的瞬变电磁勘探装置，其特征在于：或者有n-m个接收线圈完全位于所述发送线圈(2)内，m个接收线圈完全位于所述发送线圈(2)外；
其中，m个接收线圈为带状线圈，该带状线圈呈环形，形成的环形接收线圈与所述发送线圈(2)同圆心。
8.根据权利要求5所述的带屏蔽层的瞬变电磁勘探装置，其特征在于：n个所述接收线圈为带状线圈，该带状线圈呈环形，并绕所述发送线圈(2)的边缘设置，二者部分交集，所述发送线圈(2)的部分正投影和带状线圈的部分正投影相重合。
9.根据权利要求1所述的带屏蔽层的瞬变电磁勘探装置，其特征在于：所述发送线圈(2)发出的磁通且穿过n个接收线圈(3)内部的磁通量可调。
10.一种基于带屏蔽功能的瞬变电磁勘探***，其特征在于：包括瞬变电磁勘探装置、发送机(5)、信号调理模块(6)和接收机(7)；
所述发送机(5)的两个发送输出端与所述瞬变电磁勘探装置的发送线圈(2)的两端连接；
所述瞬变电磁勘探装置中的n个接收线圈(3)组成接收线圈组，该接收线圈组与所述信号调理模块(6)连接，所述信号调理模块(6)输出端组与所述接收机(7)连接。
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| CN202021397540.5U CN212379588U (zh) | 2020-07-15 | 2020-07-15 | 带屏蔽层的瞬变电磁勘探装置及*** |
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Cited By (1)
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| CN111929735A (zh) * | 2020-07-15 | 2020-11-13 | 付能翼 | 带屏蔽功能的瞬变电磁勘探装置及*** |
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