用于地球物理勘测的具有空心及铁磁体芯传感器的接收机线圈组件的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]所述发明的实施例涉及空中地质测绘和用于此类测绘的接收机系统的领域。
[0002]诸如时域电磁(TDEM)勘测的活动源电磁勘测是地球物理勘测的快速开发区域。它涵盖了地基应用和空中应用。TDEM地质测绘涉及测量对由勘测系统传送的主磁场的地球磁响应。所传送的场与响应间的关系被用来计算地球的电阻结构，根据该电阻结构推断地质信息。
[0003]在第7，157，914号美国专利中示出了 TDEM勘测系统和方法的示例。
[0004]自然源电磁勘测历来是使用诸如大地电磁(MT)技术的地基技术来执行的。近来，使用自然源电磁技术的空中勘测已成为现实。在这些技术中，地球的电磁场的自然发生的随机波动的两个或更多个分量被测量(有可能在不同的位置处)，并且所测量的分量之间的依赖于频率的传输函数被计算。如同在活动源的方法中，在地球的电阻结构方面解释传输函数，以从其中推断出地质信息。
[0005]在第6，876，202号美国专利中示出了自然源电磁勘测系统的示例。
[0006]活动源电磁勘测系统具有发射机和接收机，而自然源系统仅具有接收机。通常，发射机包括有一匝或多匝电导线的线圈。当电流流经导线时，磁场被传输。在TDEM勘测中，使用交变极性的脉冲电流，并且在各发射机电流脉冲之间的“关闭”时间内感测地球的响应。
[0007]接收机或传感器通常包括有一匝或多匝电线的线圈。在存在变化磁场的情况下，跨每一线圈的端子出现电压。这一电压可被放大和记录。诸线圈可具有不同的取向，使得它们对具有不同方向的磁场分量中的变化灵敏。其它条件不变，接收机线圈的灵敏度和噪声层随着线圈在尺寸上的按比例增大而改善。相比活动源系统，自然源系统中使用的信号通常更弱，要求更大的接收机线圈。
[0008]对活动源勘测系统和自然源勘测系统中使用的接收机的运动和振动的响应是重要的噪声源，尤其在湍流空中环境中，随着信号频率降到低于10Hz其变得越来越重要。这类噪声的主要贡献是由接收机(诸)线圈相对于静态地磁场的运动而导致的。改变流经接收机线圈的总地磁通量的运动或振动导致跨线圈的端子出现的电压。在刚性接收机线圈的情况下，这可由线圈的转动所导致。接收机线圈并不优先为刚性的，这样线圈的挠曲也对此类电压有贡献。这些电压是干扰期望信号的一类噪声。用于减少噪声的技术是重要的。
[0009]在一些电磁勘测系统中，接收机对于磁场的一个分量(通常是标称垂直分量)中的改变是灵敏的。独立测量磁场的两个或三个基本正交的分量中的变化的接收机提供改进的地质信息，但是比单轴接收机庞大笨重。
[0010]针对空中地球物理勘测系统的改进的接收机系统是合需的。
【发明内容】
[0011]根据一个示例性实施例，提供了一种用于执行地球物理勘测的接收机线圈组件。所述接收机线圈组件包括:限定出形成回路的连续内部通道的中空外壳；绕所述连续内部通道延伸的多匝接收机空心线圈；以及包括围绕铁磁体芯的多匝螺线管绕组的第一有芯线圈，所述第一有芯线圈位于所述内部通道内邻近所述空心线圈的区域处，并且具有在与所述空心线圈的感测轴不同方向上的感测轴。
[0012]根据另一示例性实施例的是用于执行地球物理勘测的接收机线圈组件，所述接收机线圈组件包括:限定出回路的多匝空心线圈接收机；至少一个接收机线圈，所述接收机线圈具有在紧邻所述空心线圈的区域支撑的铁磁体芯和螺线管绕组，其中所述芯的长轴基本平行于所述空心线圈的相邻区域的绕匝。
[0013]根据一示例性实施例的是用于执行地球物理勘测的接收机线圈组件，所述接收机线圈组件包括:外壳，所述外壳包括封闭一限定出八边形或圆形回路的空间的管状外部；在所述管状外部以内且绕其延伸的多匝空心线圈接收机；第一有芯线圈接收机，所述第一有芯线圈接收机包括位于所述外壳内、围绕一个或多个铁磁体芯的一个或多个多匝螺线管绕组，每一个芯基本平行于与其相邻的所述空心线圈接收机的段放置；以及第二有芯线圈接收机，所述第二有芯线圈接收机包括位于所述外壳内、围绕一个或多个铁磁体芯的一个或多个多匝螺线管绕组，每一个芯基本平行于与其相邻的所述空心线圈接收机的段放置，其中这两个有芯线圈接收机被放置成使得所述空心线圈接收机和所述两个有芯线圈接收机各自感测磁场的不同分量上的变化。
[0014]根据另一示例性实施例的是如之前段落所述的接收机线圈组件，其中所述有芯线圈接收机被附连到所述空心线圈接收机的绕匝，由此减轻在外部磁场存在的情况下将由所述有芯线圈和所述空心线圈的相对运动感生出的(尤其在空心线圈内)噪声。
[0015]根据另一示例性实施例的是如之前段落所述的接收机线圈组件，其中所述有芯线圈接收机被嵌入在所述空心线圈的绕匝内，从而使所述空心线圈的绕匝基本平行于所述相邻线圈的轴放置并且绕所述相邻线圈的两边或更多边对称分布，由此减轻在外部磁场中可由所述组件的转动感生出的(尤其在空心线圈内)噪声。
[0016]附图简要说明
[0017]图1是根据本发明一示例性实施例的空中电磁勘测系统的透视示意图。
[0018]图2是可以在图1的空中电磁勘测系统中使用的接收机系统的说明性示图。
[0019]图3是图2的接收机线圈定向感测系统的框图表示。
[0020]图4是与图2的接收机线圈组件联用的降噪模块的框图表示。
[0021]图5A是可以在图1的空中电磁勘测系统中使用的替代的接收机线圈系统的示图。这是平面图，其中外壳的上半部分被移除以示出内壳和线圈组件。
[0022]图5B是沿图5A的A-A线截取的图5A中所示替代的接收机线圈系统的剖面侧视图。
[0023]图6是具有铁磁体芯的螺线管线圈组件的图示，该螺线管线圈组件是图5中所示的接收机线圈系统的组件。
[0024]图7是使用在外壳中悬挂呈正八面体形式的三个方形线圈的替代接收机线圈系统的图示。
[0025]图8是根据又一示例性实施例的接收机线圈系统的图示，该接收机线圈系统使用在外壳中悬挂的空心线圈(air coil)接收机以及附连至该空心线圈的绕匝的芯线圈接收机。
[0026]图9是图8的接收机线圈系统的一个实施例的IX-1X横截面，其示出附连至空心线圈的绕匝，其中通过弹性组件从外壳悬挂整个组件。
[0027]图10是示出替代布局的图8的接收机线圈系统的IX-1X横截面，其中空心线圈的绕匝被对称地环绕芯线圈放置，其中通过弹性组件从外壳悬挂整个组件。
[0028]图11是示出替代布局的图8的接收机线圈组件的IX-1X横截面，其中弹性悬挂是双悬挂(double suspens1n)。
[0029]图12是能够在图8-11的接收机线圈组件中使用的多段芯线圈的侧视图。
[0030]图12A是图12的芯线圈的一部分的放大的局部示图。
【具体实施方式】
[0031]在一个示例性实施例中，接收机线圈系统包括承载着具有相互正交的轴的三个电线线圈的基本为刚性的组件。这些线圈感测磁场的三个独立分量中的变化，相比单轴接收机这提供了更多的信息。此外，该组件承载定向感测系统，其包括角加速度计、三轴磁通门磁力仪和两轴倾斜传感器。该刚性组件被弹性地悬挂在非金属封闭外壳中，该外壳保护其免受气流影响并进而被直接或间接地从拖航机悬挂。该弹性悬挂衰减了从外壳传递至刚性组件的运动和振动。
[0032]在这一第一示例性实施例中，处理系统接收定向感测系统的输出。它使用这些输出来计算(并且从每一接收机线圈的输出减去这些输出)在静态地磁场中由接收机线圈的旋转运动导致的噪声。它还使用这些输出以结合三个接收机线圈输出来校正每一接收机输出中由接收机线圈组件与其标称方向的静态偏离所致的误差。
[0033]替换地，在第一示例性实施例中，可以使用磁通门磁力仪的输出以结合三个接收机线圈输出来解析(resolve)将由平行于地磁场向量取向的接收机线圈所感测的信号。在这一解析的信号中，由地磁场的转动所致的噪声被最小化，并且由接收机线圈组件与其标称取向的偏离所致的变化被消除。
[0034]在第二示例性实施例中，接收机包括在标称的水平面上呈多边形或圆形回路(具有两个垂直的直径)的半刚性组件。该组件的外多边形或圆形部分包括多匝电线线圈，而具有杆形铁磁体芯的多匝螺线管绕组被放置在直径上并且在该组的中部跨过。该组件被部分封闭并且在多点处从类似形状的内壳被弹性悬挂。内壳还承载有绕其边缘放置且取向成感测绕三个独立轴的旋转的六个或更多个加速度计。该内壳被完全封闭并且在多点处从类似形状的外壳被弹性悬挂，该外壳保护内壳和半刚性组件免受气流影响并进而被直接或间接地从拖航机悬挂。该弹性悬挂衰减了从外壳传递至半刚性组件的运动和振动。
[0035]在第二示例性实施例中，多点悬挂均匀地分配惯性负载，减少了半刚性组件和内壳的挠曲。这改进了它们的有效刚性，或者允许用更少的材料实现相同的刚性。使用具有标称水平轴的两个线圈的铁磁体芯减小了接收机在标称垂直方向上的尺寸。
[0036]在第二示例性实施例中，处理系统接受加速度计的输出。它在自适应噪声消除算法中使用这些输出以从每一接收机线圈输出中去除地磁场中由接收机线圈的运动导致的噪声。它还处理一些加速度计的输出的dc分量(那些水平方向灵敏的取向)以感测接收机线圈系统的倾斜，并且结合三个接收机线圈输出以校正每一接收机输出中由接收机线圈组件相对其标称方向的静态倾斜所致的误差。可选地，可以使用来自导航系统或其它传感器的航向信息以附加地校正与标称航向的偏离。
[0037]多匝线圈充