發(fā)射線圈對接收回路的耦合影響,是導(dǎo)致瞬變電磁（TEM）早期信號失真、淺層盲區(qū)大的主要因素之一,對于多匝小尺寸線圈結(jié)構(gòu),耦合影響更為嚴重。針對這一問題,提出了一種小尺寸TEM非共面偏心自補償零耦合收發(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)計了一次場自補償系統(tǒng),非共面結(jié)構(gòu)實現(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偏心位置,以消除一次場干擾。對基于導(dǎo)電環(huán)異常體的探測模型進行實驗仿真,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),能夠忽略一次場的影響,對物理尺寸誤差的容忍度較高,易于實現(xiàn)零耦合狀態(tài)。最后,采用串連法對設(shè)計的非共面偏心自補償TEM系統(tǒng)進行了實測實驗,測試結(jié)果與理論分析一致,進一步驗證新結(jié)構(gòu)性能。研究可為小尺寸TEM系統(tǒng)獲得純二次場信號、提高淺層探測性能奠定理論基礎(chǔ)。 

【文章來源】：儀器儀表學(xué)報. 2020,41(08)北大核心

【文章頁數(shù)】：10 頁

【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償?shù)牧泷詈闲〕叽缇o湊型TEM結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案,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)部一次場磁通量為正值,而感應(yīng)到的發(fā)射線圈外部磁通量為負值,兩者自動抵消,通過調(diào)節(jié)接收線圈與發(fā)射線圈的水平相對位置,可以使接收線圈感應(yīng)到的一次場近乎為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、實現(xiàn)一次場抵消的思路,是源于航空電磁SkyTEM系統(tǒng)[17]。航空電磁系統(tǒng),可以通過飛到較高的空中,先獲取包括一次場的背景噪聲,然后,在采集的數(shù)據(jù)中減去背景噪聲,達到獲得純二次場的目的。而地面TEM系統(tǒng),無法采用獲取背景噪聲相減的方式消除一次場干擾,且其尺寸更小、匝數(shù)更多,因此地面TEM對去耦效果的要求更嚴格,難度也更大。1.1 收發(fā)天線相對垂直高度選擇

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)射電流強度I=10 A、電流方向為逆時針的模型參數(shù)為例進行理論計算,分析計算H為0.02、0.1、0.2和0.3 m不同平面位置的一次場分布,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)強度,發(fā)射線圈內(nèi)外磁感應(yīng)強度方向相反,線圈中心位置磁感應(yīng)強度較弱、變化平坦,而靠近發(fā)射線圈附近處的磁感應(yīng)強度較強,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)強度,磁感應(yīng)強度的最大值為1.635×10-5 T;圖3(c)為H=0.2 m平面處z方向磁感應(yīng)強度,靠近發(fā)射線圈附近處的磁感應(yīng)強度明顯變?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。通過計算不同高度平面z方向的一次場分布,可以看出,隨著平面高度的升高,不僅磁感應(yīng)強度的最大值逐步衰減,而且磁場變化程度也愈加平緩。為更直觀觀察一次場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)強度隨x軸方向的分布,如圖4所示�？梢园l(fā)現(xiàn),遠離發(fā)射線位置磁感應(yīng)強度較弱,接近發(fā)射線位置(x=±0.5 m)磁感應(yīng)強度正負交變,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,接收線圈將感應(yīng)到正、反2個方向的發(fā)射磁場,通過理論計算尋找一個相對水平位置,可以使得發(fā)射線圈與接收線圈的互感為0,即可實現(xiàn)零耦合。

【參考文獻】：
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本文編號：3057026