一种适用于隧道瞬变电磁探测的田字形聚焦天线装置的制作方法

1.本实用新型属于瞬变电磁探测技术领域，特别涉及一种适用于隧道瞬变电磁探测的田字形聚焦天线装置。


背景技术：

2.瞬变电磁法作为一种中远距离的探测方法，近年来已应用于隧道掌子面前方超前探测中。常规测试装置有重叠回线和中心回线2种，重叠回线产生互感较大，中心回线易受边缘效应影响且互感也较大。由于隧道空间狭小，布置的线框大小有限，一般发射线框是2x2m或3x3m的线框，这导致发射磁矩比较小，晚期信号微弱，中深部探测的能力下降。目前，增加磁矩的方法主要有采用大功率的发射设备，增大电流压制干扰，提高信噪比；同时增加发射线圈的匝数，提高发射磁矩。但是，大电流将导致设备笨重，增加电流也有限；发射线圈匝数增多又会导致严重的互感现象。因此提高小回线瞬变电磁探测的深度和信噪比，需要新的思路和方法。等值反磁通方法是一种通过上下两个大小相等电流方向相反的线圈消除早期的一次场，从而使浅部的盲区减小，更适合于浅部的精细探测，但是该方法的主要缺陷是二次场非常弱，极易受到干扰的影响，且隧道掌子面不平整，而该方法需要天线调平，对测量的结果有很大的影响。
3.也有学者提出“8”字形发射线框的设计，其中8字形线框中两个线框的大小相等，供电电流相反，可达到抵消早期一次场的目的。实际中该线圈的设计与等值反磁通方法的设计思想是一致的，就是通过正负两个方向相反的磁场相互抵消消除一次场，但是消除一次场后的发射能量大大减小，导致测量结果极易受到影响。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种适用于隧道瞬变电磁探测的田字形聚焦天线装置，保证了良好的二次场信号强度，而且施工方便，实用性强，勘探效率高。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
6.本实用新型提供了一种适用于隧道瞬变电磁探测的田字形聚焦天线装置，包括位于同一平面的发射回线和接收回线；所述发射回线是由一根导线按照一个方向缠绕成的四个尺寸相同且相互耦合的方形小回线组成的呈田字形的大回线，所述发射回线的匝数为10～20匝；所述接收回线是由一根导线按照一个方向缠绕成的方形回线，所述接收回线的匝数为20～40匝；所述接收回线的中心与所述发射回线的中心重叠，所述发射回线尺寸不小于所述接收回线尺寸的2倍。
7.作为优选，所述发射回线和接收回线均由铜芯绝缘导线缠绕而成。
8.作为优选，所述发射回线由直径1～3mm的铜芯绝缘导线缠绕而成，所述接收回线由直径0.5mm的铜芯绝缘导线缠绕而成。
9.作为优选，所述发射回线的尺寸为2m*2m，所述接收回线的尺寸为1m*1m。
10.本实用新型具有如下有益效果：
11.本实用新型所提供的一种适用于隧道瞬变电磁探测的田字形聚焦天线装置，依据电磁场的干涉原理以及信号的叠加特性，本实用新型的设计提高了电磁辐射场的聚焦特性，使观测到的二次场信号能量增强，大于单个“口”字形发射天线产生的电磁场；发射回线尺寸是接收回线尺寸的2倍或以上，这样可以显著减小互感的影响；发射回线与接收回线的尺寸可根据隧道断面探测空间和信噪比的大小灵活设计；本实用新型测量结果稳定，一般不产生变号现象；现场布设、施工方便，实用性强，勘探效率高。
附图说明
12.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型实施例的一些实施例。
13.图1为本实用新型实施例1适用于隧道瞬变电磁探测的田字形聚焦天线装置结构示意图；
14.图2为本实用新型实施例1提供的实际缠绕的田字形发射回线结构示意图；
15.图3为对比例1中常规探测装置(中心回线)示意图；
16.图4为实验探测测线布置及地下充水空洞异常位置示意图；
17.图5为本实用新型实施例1田字形聚焦天线装置测量视电阻率断面图；
18.图6为对比例1中常规探测装置测量视电阻率断面图；
19.图7为本实用新型实施例1与对比例1的衰减电压曲线对比图。
20.附图标记说明：
21.1.发射回线；2.接收回线；3.方形小回线；4.实验探测测线；5.测点；6.探测方向；11.常规发射回线；22.常规接收回线。
具体实施方式
22.为使本领域技术人员更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作详细说明。
23.实施例1
24.本实施例提供了一种适用于隧道瞬变电磁探测的田字形聚焦天线装置，如图1所示，包括位于同一平面的发射回线1和接收回线2；所述发射回线1是由一根导线按照一个方向缠绕成的四个尺寸相同且相互耦合的方形小回线3组成的呈田字形的大回线，发射回线1的匝数为10～20匝；发射回线1外框大小根据隧道断面空间可调，每个方形小回线3面积是发射回线1(大回线)面积的四分之一；按照一个方向缠绕保证了每个方形小回线3的发射电流方向一致，产生的磁场方向一致；由于场源的干涉原理，四个方形小回线3产生的涡流引起的二次场强度大于一个口字形大回线引起的涡流，提高了信号强度。所述接收回线是由一根导线按照一个方向缠绕成的方形回线，接收回线2的匝数为20～40匝；所述接收回线的中心与所述发射回线的中心重叠，所述发射回线尺寸不小于所述接收回线尺寸的2倍。
25.所述发射回线由直径1～3mm或者直径更大的铜芯绝缘导线缠绕而成，可减小电阻，增大发射电流，本实施例发射回线1外侧的四个边通过10匝3mm的铜芯绝缘导线缠绕，中间的十字边通过20匝3mm的铜芯绝缘导线缠绕，如图2所示；所述接收回线2由直径0.5mm的
单股铜芯绝缘导线缠绕而成，匝数以能够测量足够分辨率的信号为标准，匝数范围为20～40匝。所述发射回线1的尺寸为2m*2m，所述接收回线2的尺寸为1m*1m。
26.对比例1
27.常规探测装置(中心回线)如图1所示，包括正方形常规发射回线11(口字形发射回线)与位于所述常规发射回线11中心的正方形常规接收回线22，常规发射回线11与常规接收回线22中心重合。
28.在地下充水空洞上方大约3m是地面，在经过下充水空洞正上方投影点位置布置实验探测测线4，探测方向6指向地下，测点5的点距为1m，测点5数量为39个；分别采用对比例1的常规中心回线装置和实施例1的田字形聚焦天线装置进行数据采集，实验探测测线4布置及空洞异常位置示意图如图4所示，比较两种发射装置的效果。
29.如图5为实施例1田字形聚焦天线装置采集的数据经过处理后得到的视电阻率拟断面图，可以看出，该装置同样也反映出地下充水空洞的存在及空间位置。同时可以看出，在空洞位置处，视电阻率值更低，说明该装置能够聚焦二次场的信号，低阻异常更明显，空洞分布形态更接近实际模型形状，空间位置更加精确。
30.如图6为对比例1常规探测装置(中心回线)采集的数据经过处理后得到视电阻率拟断面图，基本上能够反映地下充水空洞的存在及空间位置。
31.如图7为对比例1与实施例1的地下充水空洞模型上方18号测点衰减电压曲线对比图，从图中可以看出，实施例1的田字形聚焦天线装置的电压值要高于对比例1的常规探测装置，表明实施例1的田字形聚焦天线装置可以提高二次场的信号幅度。此外，实施例1的田字形聚焦天线装置的曲线更加光滑，这也说明采用该装置能够在一定程度提高信噪比，改善弱信号的采集质量。
32.由以上技术方案可以看出，本实施例提供的适用于隧道瞬变电磁探测的田字形聚焦天线装置，依据电磁场的干涉原理以及信号的叠加特性，该装置设计提高了电磁辐射场的聚焦特性，使观测到的二次场信号能量增强，大于单个“口”字形发射天线产生的电磁场；发射线圈是接收线圈的2倍或以上，这样可以显著减小互感的影响；发射线圈与接收线圈的尺寸可根据隧道断面探测空间和信噪比的大小灵活设计；本实用新型测量结果稳定，一般不产生变号现象；现场布设、施工方便，实用性强，勘探效率高。
33.以上通过实施例对本实用新型实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型实施例的示例性实施例，不能被认为用于限定本实用新型实施例的实施范围。本实用新型实施例的保护范围由权利要求书限定。凡利用本实用新型实施例所述的技术方案，或本领域的技术人员在本实用新型实施例技术方案的启发下，在本实用新型实施例的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型实施例的专利涵盖保护范围之内。