专利名称：矿用瞬变电磁仪的发射与接收装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及矿井物探相关领域，尤其涉及一种矿用瞬变电磁仪的发射与接收装置。
背景技术：
矿用瞬变电磁仪的发射与接收装置一般包括发射线圈、发射装置、接收线圈及接收装置，所述发射线圈通过发射线圈插头连接至发射装置，接收线圈通过接收线圈插头及信号通道之后连接至接收装置。发射线圈和接收线圈一般由矿用通讯电缆绕制，发射线圈连接发射装置用于发射瞬变激励场(一次场)；接收线圈连接接收装置用于接收地质体涡流场(二次场)，实现对地质体的信息探测。通常矿用瞬变电磁仪所接收到的二次场信号波形，可分为早、中、晚三个阶段，早期信号所反映的是浅层的地质体信息，晚期信号所反映的是深部的地质体信息。以2. 5Hz双极性矩形发射电流为例，当发射电流为1-3A时，早期信号的时间段在0-600US，幅值一般在1-5V，晚期的时间段在10 - 1000 ms信号一般在50_500uV，接收信号呈指数衰减，由于早期信号与晚期信号的幅值差2个数量级，如果接收通道动态范围不够大的话，早期信号可能被削波；如果采用宽动态、高增益的放大电路，不但增加研发难度，还会加大仪器成本。因此如何在不改变接收通道的动态范围等条件下，更加有效地接收浅部地质体信息和深部地质体信息，是目前面临的一个重要难题。另外，瞬变电磁仪的测量装置因受煤矿井下的环境条件的限制，通常采用同点装置，同点装置分为重叠回线和中心回线两种类型。当发射线圈与接收线圈边长相同、互相重叠时，称为重叠回线装置；当接收线圈边长小于发射线圈边长时，称为中心回线装置。接收线圈接收地质体二次场信号的质量好坏取决于1、接收线圈自身的匝数、边长、线径、电感量、分布电容、带宽等参数；2、回线装置的结构。瞬变电磁仪的激发场的波形一般为双极性矩形脉冲，由于发射电流关断总是需要一段时间，关断时间一般在5-500US范围内。且由于重叠回路装置的发射线圈和接收线圈之间耦合度高，发射线圈的关断电流就会影响到接收线圈感应的二次场，二次场早期信号会产生畸变，就会影响到瞬变电磁仪对浅部地质体探测。但由于受煤矿井下地理条件限制，发射线圈不可能用很大的边长，一般都小于3米。如果采用中心回线装置，接收线圈的边长会小于I米，接收线圈的有效面积就会减少，会严重影响接收信号幅值。若加大接收线圈的匝数虽然可以有效提高接收有效面积，但是接收线圈的电感量就会加大，无法达到GB3836. 4-2010《爆炸性环境第4部分由本质安全型“i”保护的设备》中规定的本质安全电路不发生火花点燃要求。另外，瞬变电磁仪的激发场的波形一般为双极性矩形脉冲，由于发射线圈自身电感的存在，在发射电流的开启和关断时，发射线圈会产生感应电动势，该感应电动势在本质安全火花实验中可能发生火花点燃。往往无法达到GB3836. 4-2010《爆炸性环境第4部分由本质安全型“i”保护的设备》中规定的本质安全电路不发生火花点燃要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以在不改变接收通道的动态范围等条件下，通过避免早期信号被削波，有效地接收浅部地质体信息；通过忽略早期信号削波造成的畸变，只关注晚期信号，有效地接收深部地质体信息的的矿用瞬变电磁仪的发射与接收装置。本发明的另一目的是在不改变接收线圈的线径、匝数等条件下，提供一种发射线圈和接收线圈之间耦合度较低，发射线圈的关断电流对接收线圈感应的二次场影响很小，二次场早期信号不会产生畸变，不会影响到对浅部地质体探测的矿用瞬变电磁仪的发射与接收装置。本发明的另一目的是提供在不改变发射线圈的线径、匝数、边长等条件下，使得发射线圈要达到规定的本质安全电路不发生火花点燃要求矿用瞬变电磁仪的发射与接收装置。本发明是这样实现的一种矿用瞬变电磁仪的发射与接收装置，包括发射线圈、发射装置、接收线圈及接收装置，所述发射线圈通连接至发射装置，接收线圈两端设有接收线圈插头，其特征在于还包括第一接收插座、第二接收插座、衰减器和信号通道，所述第一接收插座通过衰减器与信号通道连接，第二接收插座直接与信号通道连接，第一接收插座、第二接收插座均可与接收线圈插头相匹配单独连接，再通过信号通道连接至接收装置。当接收线圈插头插在第一接收插座上时，接收线圈的二次场信号由第一接收插座通过衰减器后进入信号通道，避免了早期信号被削波，可以有效地接收浅部地质体信息；
当接收线圈插头插在第二接收插座上时，接收线圈的二次场信号由第二接收插座直接进入信号通道，忽略早期信号的畸变，只关注晚期信号，采用低噪声、高增益的放大电路，有效地接收深部地地质体信息。所述矿用瞬变电磁仪的发射与接收装置，其特征在于所述发射线圈和接收线圈之间还包括若干固定块，所述接收线圈的边长比发射线圈边长短30-300mm，所述发射线圈和接收线圈中心点重合，并通过固定块固定设置于发射线圈与接收线圈之间组成准重叠回线装置。所述固定块用塑胶或尼龙制作，固定块上设有用于固定接收线圈和发射线圈的间距的平行小槽，用于固定接收线圈和发射线圈的间距，保证发射线圈和接收线圈中心点重合，组成准重叠回线装置。所述矿用瞬变电磁仪的发射与接收装置，其特征在于所述发射装置与发射线圈之间还包括阻尼电阻和二个方向相反串联的齐纳二极管，所述阻尼电阻和二个方向相反串联的齐纳二极管并联在线圈的两端之间；所述阻尼电阻R，当发射电流关断时刻，线圈所储存的电能通过阻尼电阻快速泄放，防止火花点燃；齐纳二极管正向压降和反向导通电压之和小于本质安全火花实验所规定的不产生火花点燃电压值。本发明具有的有益效果是1、通过设有的二个接收插座，其中第一接收插座与信号通道之间增加一个衰减器，避免早期信号被削波，可以有效地接收浅部地质体信息；第二接收插座直接与信号通道连接，忽略早期信号的畸变，只关注晚期信号，可有效地接收深部地质体信息；只要增加插座和衰减器，就可以针对不同的深度做相应的探测质体信息。2、在不改变接收线圈的线径、匝数等条件下，接收线圈的边长比发射线圈边长短，这样发射线圈和接收线圈不会重叠，发射线圈和接收线圈之间耦合度就较低，发射线圈的关断电流对接收线圈感应的二次场影响很小，二次场早期信号就不会产生畸变，就不会影响到瞬变电磁仪对浅部地质体探测；由于接收边长才短30-300mm，所以不用增加接收线圈的匝数就能保证有效接收面积减少量很小，对接收信号幅值影响较小，又可以不发生火花点燃。3、在发射一次场期间，电流的波形为双极性矩形脉冲，电流最大值可以达到数安培；由于发射线圈自身电感的存在，在发射电流的开启和关断时，发射线圈会产生感应电动势，该感应电动势可能会发生火花点燃。而在线圈二端接二个方向相反的齐纳二极管D1、D2，齐纳二极管正向压降和反向导通电压之和小于本质安全火花实验所规定的不产生火花点燃电压值。在发射电流开启或关断时刻，如果产生的感应电动势超过本质安全电路标准所规定的不产生火花点燃电压值，齐纳二极管反向导通，抑制了感应电动势尖峰，防止火花点燃。线圈二端接阻尼电阻R，当发射电流关断时刻，线圈所储存的电能通过阻尼电阻快速泄放，防止火花点燃。因此可以实现在不改变发射线圈的线径、匝数、边长等条件下，使得矿用瞬变电磁仪的发射线圈要达到GB3836. 4-2010《爆炸性环境第4部分由本质安全型“ i ”保护的设备》中规定的本质安全电路不发生火花点燃要求。
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。图1是矿用瞬变电磁仪的发射与接收装置的结构示意图。图2是矿用瞬变电磁仪的发射与接收装置的本质安全保护电路的连接示意图。
具体实施例方式如图1，是本发明所述一种矿用瞬变电磁仪的发射与接收装置，包括发射线圈、发射装置、接收线圈及接收装置，所述发射线圈通连接至发射装置，接收线圈两端设有接收线圈插头，还包括第一接收插座1、第二接收插座2、衰减器和信号通道，所述第一接收插座I通过衰减器与信号通道连接，第二接收插座2直接与信号通道连接，第一接收插座1、第二接收插座2均可与接收线圈插头相匹配单独连接，再通过信号通道连接至接收装置。当接收线圈插头插在第一接收插座I上时，接收线圈的二次场信号由第一接收插座I通过衰减器后进入信号通道，避免了早期信号被削波，可以有效地接收浅部地质体信息；
当接收线圈插头插在第二接收插座2上时，接收线圈的二次场信号由第二接收插座2直接进入信号通道，忽略早期信号的畸变，只关注晚期信号，采用低噪声、高增益的放大电路，有效地接收深部地地质体信息。所述发射线圈和接收线圈之间还包括若干固定块，所述接收线圈的边长比发射线圈边长短30-300_，所述发射线圈和接收线圈中心点重合，并通过固定块固定设置于发射线圈与接收线圈之间组成准重叠回线装置。发射线圈由矿用电缆绕制，用于发射瞬变激励场(一次场)；接收线圈由矿用电缆绕制，用于接收地质体涡流场(二次场)；固定块用塑胶或尼龙制作，用于固定接收线圈和发射线圈的间距，保证发射线圈和接收线圈中心点重合，组成准重叠回线装置。
本发明是在不改变接收线圈的线径、匝数等条件下，接收线圈的边长比发射线圈边长短30-300mm，这样发射线圈和接收线圈就不会重叠，发射线圈和接收线圈之间耦合度就较低，发射线圈的关断电流对接收线圈感应的二次场影响很小，二次场早期信号就不会产生畸变，就不会影响到瞬变电磁仪对浅部地质体探测。并且由于接收边长才短30-300mm，所以不用增加接收线圈的匝数就能保证有效接收面积减少量很小，对接收信号幅值影响较小，又可以不发生火花点燃，达到规定的本质安全电路不发生火花点燃要求。如图2所示，是矿用瞬变电磁仪发射线圈的本质安全保护电路的连接示意图。所述发射装置与发射线圈之间还包括阻尼电阻和二个方向相反串联的齐纳二极管，其中Lo 发射线圈电感；Co :发射线圈分布电容；r:发射线圈内阻；R:阻尼电阻；Dl、D2 :齐纳二极管。在发射一次场期间，电流的波形为双极性矩形脉冲，电流最大值可以达到数安培；由于发射线圈自身电感的存在，在发射电流的开启和关断时，发射线圈会产生感应电动势，该感应电动势可能会发生火花点燃。在线圈二端接二个方向相反的齐纳二极管Dl、D2，齐纳二极管正向压降和反向导通电压之和小于本质安全火花实验所规定的不产生火花点燃电压值。在发射电流开启或关断时刻，如果产生的感应电动势超过本质安全电路标准所规定的不产生火花点燃电压值，齐纳二极管反向导通，抑制了感应电动势尖峰，防止火花点燃。在线圈二端接阻尼电阻R，当发射电流关断时刻，线圈所储存的电能通过阻尼电阻快速泄放，防止火花点燃。所述阻尼电阻和二个方向相反串联的齐纳二极管并联在线圈的两端之间；所述阻尼电阻R，当发射电流关断时刻，线圈所储存的电能通过阻尼电阻快速泄放，防止火花点燃；齐纳二极管正向压降和反向导通电压之和小于本质安全火花实验所规定的不产生火花点燃电压值。
权利要求
1.一种矿用瞬变电磁仪的发射与接收装置，包括发射线圈、发射装置、接收线圈及接收装置，所述发射线圈通连接至发射装置，接收线圈两端设有接收线圈插头，其特征在于还包括第一接收插座、第二接收插座、衰减器和信号通道，所述第一接收插座通过衰减器与信号通道连接，第二接收插座直接与信号通道连接，第一接收插座、第二接收插座均可与接收线圈插头相匹配单独连接，再通过信号通道连接至接收装置。
2.根据权利要求1所述的矿用瞬变电磁仪的发射与接收装置，其特征在于所述发射线圈和接收线圈之间还包括若干固定块，所述接收线圈的边长比发射线圈边长短30-300_，所述发射线圈和接收线圈中心点重合，并通过固定块固定设置于发射线圈与接收线圈之间组成准重叠回线装置。
3.根据权利要求2所述的矿用瞬变电磁仪的发射与接收装置，所述固定块用塑胶或尼龙制作，固定块上设有用于固定接收线圈和发射线圈的间距的平行小槽，用于固定接收线圈和发射线圈的间距，保证发射线圈和接收线圈中心点重合，组成准重叠回线装置。
4.根据权利要求1所述的矿用瞬变电磁仪的发射与接收装置，其特征在于所述发射装置与发射线圈之间还包括阻尼电阻和二个方向相反串联的齐纳二极管，所述阻尼电阻和二个方向相反串联的齐纳二极管并联在线圈的两端之间；所述阻尼电阻R，当发射电流关断时刻，线圈所储存的电能通过阻尼电阻快速泄放，防止火花点燃；所述齐纳二极管正向压降和反向导通电压之和小于本质安全火花实验所规定的不产生火花点燃电压值。
全文摘要
一种矿用瞬变电磁仪的发射与接收装置，包括发射线圈、发射装置、接收线圈、接收装置、第一接收插座、第二接收插座、衰减器和信号通道，发射线圈通连接发射装置，接收线圈两端设有接收线圈插头，第一接收插座通过衰减器与信号通道连接，第二接收插座直接与信号通道连接，第一、第二接收插座均可与接收线圈插头相匹配单独连接，再通过信号通道连接至接收装置。本发明可以通过避免早期信号削波造成的畸变，有效地接收浅部和深部地质体信息；在不改变接收线圈的线径、匝数等条件下，降低发射线圈和接收线圈之间耦合度，使发射线圈的关断电流对接收线圈感应的二次场影响变小，使得发射线圈要达到规定的本质安全电路不发生火花点燃要求。
文档编号G01V3/28GK103048696SQ20121055779
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者李培根 申请人:福州华虹智能科技开发有限公司