专利名称：电磁扫描系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电磁扫描系统，这种扫描系统可用以观测或检查地壳、机器、车辆、各种飞机和其它能在自身或自己的元件中感应出涡流的物体或材料。举例说，本发明特别适宜进行地壳的深层地质勘探。
本发明主要涉及这样一种电磁扫描系统，该系统包括一发射机，用以产生射向和/或通过待扫描的物体或材料的低频电磁脉冲串;一接收机，用以检测发射机产生的电磁脉冲在物体或材料本体或其导电组成部分中感应出来的涡流所产生的电磁信号;模/数转换装置，用以将所收到的模拟信号转换成适宜进行分析用的数字形式;和一同步脉冲发生器，耦合到发射机和接收机上，用以使接收机的操作与发射机产生电磁脉冲的过程同步。
在本发明的操作过程中，电磁脉冲串是射向和/或令其通过待扫描的物体或材料，这些脉冲在物体或材料本体内或其导电组成部分内感应出涡流，该涡流又产生能为接收机所检测的电磁信号。涡流是在处于磁通变化着的某一区域内的导体本体内感应出来的，在本发明中，周期的磁通变化的区域是由所发射的电磁脉冲串产生的。此外导电物体或材料，或含有导电组成部分的物体或材料，具有所感应的涡流所产生的特定电磁“标记”，接收机所检测的就是这些电磁标记，这些电磁标记可以加以分析，从而产生物体或材料的组成的勘察结果。在特定物体或材料的标记已事先判断出来的情况下，本发明可用以检测所述物体或材料的改变或其内含物的变化。
本发明的同步脉冲可以从卫星导航系统例如以NAVSAT为商名上市的卫星导航系统中获得，这种系统为海、陆、空配备有卫星接收机的交通工具提供高度精确的瞬时三维空间位置。获自卫星导航系统的信息可用以确定扫描设备在经线和纬线的位置。根据从自动计程仪电缆获得的脉冲计算出地面/空气的速率，再将数据脉冲串经由输出端口每秒一次发送到计算机上。
本发明还涉及一种适用于上述扫描系统的发射机，该发射机包括一脉冲发生器，用以产生低频的电脉冲串;一放大器，用以放大电脉冲;和一电气线圈阵列，至少由4个电气线圈组成，各电气线圈围绕阵列的轴线配置，各线圈的轴线大致上平行于阵列的轴线，所述各线圈连接到放大器的输出端。
线圈阵列为放大器所提供的经放大的电脉冲串所激励时，沿线圈阵列的轴线就有电磁脉冲串产生，通过适当调节线圈阵列，可使这些电磁脉冲串射向和/或通过待扫描的物体或材料。线圈阵列的一个轴向端可设置适当的屏蔽物，使脉冲串只从线圈阵列的另一端传播出来。为使脉冲或周期电磁信号的功率处于最佳状态，各线圈可与放大器的输出端并联连接。此外各线圈的阻抗应与放大器的输出阻抗匹配。
脉冲发生器所产生的脉冲的信号脉冲/空号脉冲比，而脉冲或周期电磁串的信号脉冲/空号脉冲比取决于待扫描的物体或材料所产生的衰减。举例说，应用本发明进行地壳地质勘探时，各脉冲的信号脉冲/空号脉冲比随待扫描地壳的深度而增加。
电气线圈以印刷电路线圈为宜。各线圈可包括印刷在绝缘衬底上的双同心绕组，绕组的各匝交替配置。各匝可以取矩形结构。放大器可以是立体声功率放大器，各线圈的两个绕组分别连接到放大器的两个不同输出端，连接到各输出端的绕组则彼此互相并联连接。
线圈阵列可包括至少四堆围绕阵列轴线配置的线圈，各堆线圈包括多个通常共轴线的线圈，配置得使线圈堆的轴线大致上平行于阵列的轴线。举例说，各线圈堆可包括多个重叠着的印刷电路线圈，各印刷电路线圈则由上面所述的双同心绕组组成。各印刷电路线圈的各绕组连接到立体声放大器的不同输出端上，且与其它线圈堆的各绕组并联。
脉冲发生器适宜产生频率在电磁频谱的长波频率范围内的电气脉冲，最好在0.33赫至150赫的范围。
脉冲发生器最好是经稳定化的脉冲发生器，能产生起动边缘精确确定的方波。
本发明还涉及一种适用于上述电磁扫描系统并用以检测物体或材料中或其导电组成部分中感应的涡流所产生的电磁信号的接收机，该接收机包括一电气线圈检测器，该检测器包括一个或以上实质上共轴线定位绕组，定位绕组的轴线指向发出待检测的电磁信号的物体或材料;一放大器，供放大所检测的信号;一模/数转换装置，用以将所检测到的模拟信号转换成数字形式;以及数字信号存储和/或处理装置。
线圈检测器可包括串联连接的共轴线圈堆。各线圈可以是印刷电路线圈，并包括双同心绕组，绕组的各匝交替配置。在这种配置方式的情况下，各印刷电路线圈的各绕组可分别连接到两个通道放大器的两个输入端上，连接到各通道的绕组彼此串联互连。各印刷线圈呈空间阵列共轴线堆置，各毗邻衬底至少相隔1英寸。
获自接收机的数字信号可以就地处理和分析以产生勘测或检测结果，或者也可以存储起来，供以后处理和分析之用。
为更易于理解本发明的内容，现在参看附图，其中
图1是说明本发明的发射机的方框原理图;
图2是图1线圈阵列的示意侧视图;
图3则是本发明接收机的方框原理图。
参看附图的图1和2。发射机连接到卫星导航系统(例如NAVSAT接收机)的接收机1，供提供1赫的同步脉冲。发射机包括一低频脉冲发生器2，NAVSAT接收机的同步脉冲即提供给低频脉冲发生器2;一立体声功率放大器3;和一线圈阵列4，供传播电磁脉冲串之用。脉冲发生器2的输出端连接到立体声放大器的两个输入端5上。线圈阵列4包括四个围绕线圈阵列的一中心轴线配置的印刷电路线圈堆6。各线圈堆包括多个重叠的大致共轴线配置的印刷电路线圈7，各线圈堆的轴线大致平行于线圈阵列的中心轴线。各线圈7包括矩形结构的双同心绕组8，各绕组的线匝交替配置。各印刷电路线圈的两个绕组分别连接到立体声放大器3的两个输出端9，且在各线圈堆中，连接到放大器的各输出端的线圈8互相并联连接。
由NAVSAT接收机1同步化的低频脉冲发生器2适宜提供例如1赫的电脉冲串给输出例如为每通道1000瓦的功率放大器3。根据上面所述，显然各通道是用以驱动半个发射机线圈阵列4。
各组并联连接的绕组8的阻抗与放大器3的输出阻抗在每通道4-8欧的标称直流电阻值匹配。
如图3所示，接收机包括一电气线圈检测器10、一两通道前置放大器1、一带模/数转换设施的计算机12、一具有在硬盘驱动装置上的存储器的计算机13和一具高清晰度显示能力的计算机14。通过使NAVSAT接收机供给计算机12的同步脉冲可以使接收机与发射机同步运行。各计算机连接到显示监控器15、16、17上。
线圈检测器10包括一大致上共轴线的印刷电路线圈堆8。各线圈18包括一双同心绕组，其绕组各线匝交替配置，且各印刷电路线圈的各绕组分别连接到前置放大器的两个输入通道19上。连接到各放大器通道的绕组彼此串联互连。印刷电路线圈18的衬底在线圈堆中彼此相隔至少1英寸。线圈堆10应用绝缘材料构成，但印刷电路线圈例外。
当用以进行地壳的深层地质勘探时，发射机的线圈阵列4通常垂直于地面配置，脉冲发生器2则低频运行，例如在获自NAVSAT接收机1的同步脉冲所形成的1赫频率下运行，使得各脉冲的起动边缘精确确定。于是线圈阵列4就产生低频电磁脉冲串，该脉冲串在地壳中传播，并在地壳中的导电组成部分感应出涡流。脉冲的信号脉冲/空号脉冲比根据待进行的勘探深度而调节。因此勘探深度越大，信号脉冲/空号脉冲比就越大。在导电组成部分中感应出的涡流产生电磁信号，该电磁信号由接收机线圈堆10所检测，接收机线圈堆10的轴线通常也垂直于地面。计算机12从前置放大器11读出得出的模拟数据，将模拟信号变换成数字字，并将数字数据经由输入/输出端口传送到其它计算机13、14，以便进行处理和分析，以提供识别发射机产生的电磁脉冲串所扫描的大块地壳的组成数据。计算机12将模拟数据显示在有关的监控器15上。计算机12的操作与接收机产生脉冲的过程同步，从而获得自接收机线圈10所检测的电磁信号的数字数据精确定时。
计算机13读取计算机12经由输入/输出端口提供的数字数据，给数据加上日期和时间，并将混合数据存储在硬盘存储器中。输入的数字数据显示在其有关的监控器16上。计算机14也从计算机12读取数字数据，变换数字数据供PGA显示用，并将其实时显示在有关的多重同步监控器17上。
尽管这里介绍了一个特殊的实施例，但不言而喻，在不脱离本发明范围的前提下，是可以对其进行修改的。
权利要求
1.一种电磁扫描系统，它包括一发射机，用以产生射向和/或通过待扫描的物体或材料的低频电磁脉冲串；一接收机，用以检测发射机产生的电磁脉冲在物体或材料本体或其导电组成部分中感应出来的涡流所产生的电磁信号；模/数转换装置(12)，用以将所收到的模拟信号转换成适宜进行分析用的数字形式；和一同步脉冲发生器(1)，耦合到发射机和接收机上，用以使接收机的操作与发射机产生电磁脉冲的过程同步。
2.用于电磁扫描系统的一种发射机，它包括一脉冲发生器(2)，用以产生低频电脉冲串;一放大装置(3)，用以放大上述电脉冲;和一电气线圈阵列(4)，至少由四个电气线圈(7)组成，各电气线圈围绕线圈阵列的轴线配置，各线圈的轴线大致上平行于线圈阵列的轴线，所述各线圈连接到放大装置(3)的输出端(9)上。
3.根据权利要求2所述的发射机，其中线圈阵列(4)的一个轴向端设有屏蔽装置，使电磁脉冲串只从线圈阵列的另一端传播出去。
4.如权利要求2或3所述的发射机，其中线圈(7)并联连接到放大装置(3)的输出端(9)，且各线圈的阻抗与放大装置的输出阻抗匹配，从而使电磁脉冲串的功率处于最佳情况。
5.根据权利要求2、3或4所述的发射机，其中电气线圈(7)是印刷电路线圈。
6.根据权利要求5所述的发射机，其特征在于，各线圈(7)包括印制在绝缘衬底上的双同心绕组(8)，各绕组的线匝交替配置。
7.根据权利要求5或6所述的发射机，其特征在于，绕组(8)的各线匝制成矩形结构。
8.根据权利要求6或7所述的发射机，其中放大装置(3)是一个两通道的功率放大器，各线圈(7)的两个绕组(8)分别连接到放大装置的两个输出端(9)上，连接到各输出端的绕组(8)彼此互相并联连接。
9.如2至8任一权利要求所述的发射机，其中线圈阵列(4)包括至少四个围绕线圈阵列的轴线配置的线圈堆(6)，各线圈堆(6)包括多个通常是共轴线的线圈(7)，配置得使线圈堆的轴线大致上平行于线圈阵列的轴线。
10.根据2至9任一权利要求所述的发射机，其特征在于，脉冲发生器(2)适宜产生频率在电磁频谱的长波频率范围的电脉冲，最好在0.33赫至150赫行范围，且该脉冲发生器是经稳定化的且产生起动边缘精确确定的方波。
11.电磁扫描系统中用的一种接收机，用以检测物体或材料中或其导电组成部分中感应的涡流所产生的电磁信号，该接收机包括一电气线圈检测器(10)，该检测器包括一个或以上实质上共轴线的定位绕组，定位绕组的轴线指向发出待检测的电磁信号的物体或材料;放大装置(11)，供放大所检测的信号;一模/数转换装置(12)，用以将检测出的模拟信号转换成数字形式;和数字信号存储和/或处理装置(13，14)。
12.根据权利要求11所述的接收机，其中线圈检测器(10)包括串联连接的共轴线线圈堆，各线圈为印刷电路线圈(18)。
13.根据权利要求12所述的接收机，其特征在于，各印刷电路线圈包括一双同心绕组，绕组的各线匝交替配置，各印刷电路线圈的各绕组分别连接到两通道放大器(11)的两个输入端上，连接到各通道的绕组则彼此互相串联连接。
14.根据权利要求12或13所述的接收机，其中印刷电路线圈(18)在有间距的阵列上共轴线地堆置，印刷电路线圈的毗邻衬底彼此间隔至少2.4厘米(1英寸)。
全文摘要
电磁扫描系统包括发射机，用以产生射向和/或通过待扫描的物体或材料的低频电磁脉冲串；接收机，用以检测发射机产生的电磁脉冲在物体或材料中感应出来的涡流所产生的电磁信号；和同步信号发生器，用以使发射机与接收机同步运行。发射机包括脉冲发生器；放大器，用以放大脉冲发生器所产生的电脉冲；和线圈阵列，接收机包括电气线圈检测器，其轴线指向发出感应电磁信号的物体或材料；放大器，用以放大所检测的信号；一模/数转换装置，用以将所检测的信号转换成数字形式；以及数字信号存储和/或分析装置。
文档编号G01V3/10GK1049255SQ9010662
公开日1991年2月13日 申请日期1990年7月31日 优先权日1989年7月31日
发明者巴里·欧内斯特·兰福德, 彼得·范瓦伦 申请人:诊断发展有限公司