發(fā)射線圈對(duì)接收回路的耦合影響,是導(dǎo)致瞬變電磁（TEM）早期信號(hào)失真、淺層盲區(qū)大的主要因素之一,對(duì)于多匝小尺寸線圈結(jié)構(gòu),耦合影響更為嚴(yán)重。針對(duì)這一問(wèn)題,提出了一種小尺寸TEM非共面偏心自補(bǔ)償零耦合收發(fā)技術(shù)。該技術(shù)采用收發(fā)線圈非共面偏心的思路設(shè)計(jì)了一次場(chǎng)自補(bǔ)償系統(tǒng),非共面結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)發(fā)射線圈與接收線圈的弱耦合,并基于互感理論獲得二者的最佳相對(duì)偏心位置,以消除一次場(chǎng)干擾。對(duì)基于導(dǎo)電環(huán)異常體的探測(cè)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真,結(jié)果表明新結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在收發(fā)線圈±2 mm尺寸誤差內(nèi),能夠忽略一次場(chǎng)的影響,對(duì)物理尺寸誤差的容忍度較高,易于實(shí)現(xiàn)零耦合狀態(tài)。最后,采用串連法對(duì)設(shè)計(jì)的非共面偏心自補(bǔ)償TEM系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn),測(cè)試結(jié)果與理論分析一致,進(jìn)一步驗(yàn)證新結(jié)構(gòu)性能。研究可為小尺寸TEM系統(tǒng)獲得純二次場(chǎng)信號(hào)、提高淺層探測(cè)性能奠定理論基礎(chǔ)。 

【文章來(lái)源】：儀器儀表學(xué)報(bào). 2020,41(08)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

弱耦合TEM線圈結(jié)構(gòu)

為消除收發(fā)線圈的耦合影響,本文提出一種基于偏心自補(bǔ)償?shù)牧泷詈闲〕叽缇o湊型TEM結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,整體結(jié)構(gòu)如圖2(a)所示。新TEM裝置使用雙層結(jié)構(gòu),利用接收線圈感應(yīng)到的發(fā)射線圈內(nèi)部一次場(chǎng)磁通量為正值,而感應(yīng)到的發(fā)射線圈外部磁通量為負(fù)值,兩者自動(dòng)抵消,通過(guò)調(diào)節(jié)接收線圈與發(fā)射線圈的水平相對(duì)位置,可以使接收線圈感應(yīng)到的一次場(chǎng)近乎為0,從而消除接收線圈與發(fā)射線圈的耦合作用。這種將接收線圈放置在發(fā)射線圈偏心位置、實(shí)現(xiàn)一次場(chǎng)抵消的思路,是源于航空電磁SkyTEM系統(tǒng)[17]。航空電磁系統(tǒng),可以通過(guò)飛到較高的空中,先獲取包括一次場(chǎng)的背景噪聲,然后,在采集的數(shù)據(jù)中減去背景噪聲,達(dá)到獲得純二次場(chǎng)的目的。而地面TEM系統(tǒng),無(wú)法采用獲取背景噪聲相減的方式消除一次場(chǎng)干擾,且其尺寸更小、匝數(shù)更多,因此地面TEM對(duì)去耦效果的要求更嚴(yán)格,難度也更大。1.1 收發(fā)天線相對(duì)垂直高度選擇

以單匝發(fā)射線圈、發(fā)射半徑R=0.5 m,單匝接收線圈、接收半徑r=0.125 m,發(fā)射電流強(qiáng)度I=10 A、電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針的模型參數(shù)為例進(jìn)行理論計(jì)算,分析計(jì)算H為0.02、0.1、0.2和0.3 m不同平面位置的一次場(chǎng)分布,結(jié)果如圖3所示。圖3(a)為H=0.02 m平面處z方向磁感應(yīng)強(qiáng)度,發(fā)射線圈內(nèi)外磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相反,線圈中心位置磁感應(yīng)強(qiáng)度較弱、變化平坦,而靠近發(fā)射線圈附近處的磁感應(yīng)強(qiáng)度較強(qiáng),且變化劇烈,最大值為5.912×10-5 T;同理,與H=0.02 m平面處z方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布規(guī)律類似,圖3(b)為H=0.1 m平面處z方向磁感應(yīng)強(qiáng)度,磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值為1.635×10-5 T;圖3(c)為H=0.2 m平面處z方向磁感應(yīng)強(qiáng)度,靠近發(fā)射線圈附近處的磁感應(yīng)強(qiáng)度明顯變?nèi)?且變化較為平緩,其最大值為1.031×10-5 T。而圖3(d)為H=0.3 m平面處z方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度在發(fā)射線圈處更弱、變化也更為平緩,最大值為7.923×10-6 T。通過(guò)計(jì)算不同高度平面z方向的一次場(chǎng)分布,可以看出,隨著平面高度的升高,不僅磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值逐步衰減,而且磁場(chǎng)變化程度也愈加平緩。為更直觀觀察一次場(chǎng)在不同高度的分布規(guī)律,將圖3的三維圖轉(zhuǎn)換為平面圖,分析上述4種高度下磁感應(yīng)強(qiáng)度隨x軸方向的分布,如圖4所示�？梢园l(fā)現(xiàn),遠(yuǎn)離發(fā)射線位置磁感應(yīng)強(qiáng)度較弱,接近發(fā)射線位置(x=±0.5 m)磁感應(yīng)強(qiáng)度正負(fù)交變,高度H=0.02 m平面變化最為劇烈,但隨著H升高,一次場(chǎng)變化劇烈程度明顯減弱。因此,把接收線圈放置于x=±0.5 m附近時(shí),接收線圈將感應(yīng)到正、反2個(gè)方向的發(fā)射磁場(chǎng),通過(guò)理論計(jì)算尋找一個(gè)相對(duì)水平位置,可以使得發(fā)射線圈與接收線圈的互感為0,即可實(shí)現(xiàn)零耦合。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于雜散電感的瞬變電磁發(fā)射電流關(guān)斷特性研究[J]. 喬流,劉麗華,耿智,劉雷松.  電子測(cè)量技術(shù). 2019(11)
[2]一種新型瞬變電磁發(fā)射機(jī)快速關(guān)斷電路設(shè)計(jì)[J]. 王廣君,閔德順.  工礦自動(dòng)化. 2016(11)
[3]基于等值反磁通原理的淺層瞬變電磁法[J]. 席振銖,龍霞,周勝,黃龍,宋剛,侯海濤,王亮.  地球物理學(xué)報(bào). 2016(09)
[4]瞬變電磁傳感器阻尼特性的標(biāo)定研究[J]. 張爽,劉紫秀,陳曙東.  地球物理學(xué)報(bào). 2014(02)
[5]阻尼系數(shù)對(duì)瞬變電磁觀測(cè)信號(hào)的影響特征[J]. 王華軍.  地球物理學(xué)報(bào). 2010(02)
[6]瞬變電磁法中關(guān)斷電流的響應(yīng)計(jì)算與校正方法研究[J]. 楊海燕,岳建華.  地球物理學(xué)進(jìn)展. 2008(06)
[7]WTEM高速關(guān)斷瞬變電磁探測(cè)系統(tǒng)[J]. 付志紅,趙俊麗,周雒維,羅強(qiáng),蘇向豐.  儀器儀表學(xué)報(bào). 2008(05)
[8]瞬變電磁法理論與應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 薛國(guó)強(qiáng),李貅,底青云.  地球物理學(xué)進(jìn)展. 2007(04)
[9]全程瞬變電磁系統(tǒng)的淺層探測(cè)實(shí)驗(yàn)研究[J]. 王忠,嵇艷鞠,林君,于生寶,周國(guó)華.  吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版). 2005(S1)
[10]瞬變電磁法中兩種關(guān)斷電流對(duì)響應(yīng)函數(shù)的影響及其應(yīng)對(duì)策略[J]. 白登海,Maxwell Meju.  地震地質(zhì). 2001(02)

博士論文
[1]淺層高分辨率全程瞬變電磁系統(tǒng)中全程二次場(chǎng)提取技術(shù)研究[D]. 嵇艷鞠.吉林大學(xué) 2004



本文編號(hào)：3057026