专利名称：一种电磁法勘查的发送接收一体化方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电磁发送和感应式磁场探测一体化的方法及装置，用于电磁法中
检测目标体感应产生的二次场信号，适用于地球物理勘探、工程地质勘探、地下军事目标探 测和无损检测等领域。
背景技术：
电磁法勘探目前已经广泛应用于矿产勘探、工程地质勘探、地下水资源、地下管线 和环境地质勘探等领域，其中常用的有频率域电磁法与时间域电磁法，采用电磁发送机产 生激励一次场，通过接收机采集地质体感应的二次场，通过分析二次场探测地质体结构。
现有技术存在的不足在于 (1)、发送线圈和接收线圈之间存在互感，接收线圈感应到的信号不仅有二次场信 号，还混叠有一次场，存在一次场与二次场混叠问题； (2)、由于一次场信号幅值大，二次场幅值小，要在强一次场背景下分辨二次场是
非常困难的，存在接收信号动态范围大，接收弱二次场信号困难的问题； (3)、常规小线框同点装置发送和接收线圈匝数多，互感影响强烈，常规小线框同
点装置难以得到实际应用； (4)、通常，发送和接收是相对独立的两个系统，相对位置不定，互感变化大，对信 号的畸变不确定，影响了数据校正，且使用不便。 如专利授权号为ZL200720151836. 7的"一种瞬变电磁仪"，能够在供电期间和关 断后很短时间内消除一次场的影响，但在开关切换后，互感依然存在，依然存在信号混叠问 题，另外，采用4个开关，结构复杂，开关的切换对接收信号会产生不良影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于电磁法勘查的发送接收一体化的方法及装置，抵 消发送线圈和接收线圈之间的互感影响，达到消除一次场影响的目的。
为了实现上述发明目的，本发明技术方案包括
1、该技术方案的方法按以下顺序步骤进行 (1)、首先，发送接收一体化系统包括3个线圈，1个发送线圈，2个接收线圈；将内 接收线圈1置于发送线圈3内部，外接收线圈2置于发送线圈3外部； (2)、然后，按内接收线圈l逆时针绕制方式，确定内接收线圈1的起点与终点，按 外接收线圈2逆时针绕制方式，确定外接收线圈2的起点与终点；将内接收线圈1的终点与 外接收线圈2的起点连接，或将内接收线圈1的起点与外接收线圈2的终点连接；
以下按照内接收线圈1的终点与外接收线圈2的起点连接的方式进行叙述；
(3)、发送线圈3电流i(t)参考方向为逆时针方向，设定内接收线圈1的一次场磁 感应强度的参考方向为由纸向外，外接收线圈2的一次场磁感应强度方向由纸向里；
计算在发送线圈3通以电流i(t)时，通过内接收线圈1的一次场磁通
同；
内1台^t 4;r ti^3L内'
其中
N3 :发送线圈3的总匝数，以下公式中出现的该符号其词意相同； K :内接收线圈1的总匝数，以下公式中出现的该符号其词意相同； k :发送线圈3的求和变量，以下公式中出现的该符号其词意相同； i :内接收线圈1的求和变量，以下公式中出现的该符号其词意相同；
P 。真空磁导率，il 。 = 4X 10—7H/m，以下公式中出现的该符号其词意相同； i(t):发送线圈3通过的电流，以下公式中出现的该符号其词意相同；
9 ki :内接收线圈1第i匝线圈平面与发送线圈3第k匝线圈法向方向的夹角； l3k :发送线圈3第k匝线圈的路径，以下公式中出现的该符号其词意相同；
Jf3yt :发送线圈3第k匝线圈上的线元矢量，以下公式中出现的该符号其词意相
^rth :内接收线圈1第i匝线圈平面某点与发送线圈3第k匝线圈线元矢量^/^ 之间相对位置矢量； Rrtki :内接收线圈1第i匝线圈平面某点与发送线圈3第k匝线圈线元矢量t/J^ 之间相对位置矢量的模； Srti :内接收线圈1第i匝线圈的平面范围；
^内,内接收线圈1第i匝线圈的平面面元矢量；
(4)、计算在发送线圈3通以电流i(t)时，通过外接收线圈2的一次场磁通
—》》W'O) si,.) f x f
w外1 = ^ 1 ^ L d 3 气
*由=1 4;r ^~/ 其中 N2 :外接收线圈2的总匝数，以下公式中出现的该符号其词意相同； j :外接收线圈2的求和变量，以下公式中出现的该符号其词意相同； (Kj :外接收线圈2第j匝线圈平面与发送线圈3第k匝线圈法向方向的夹角； ^々卜& :外接收线圈2第j匝线圈平面某点与发送线圈3第k匝线圈线元矢量dJ^
之间相对位置矢量； j :外接收线圈2第j匝线圈平面某点与发送线圈3第k匝线圈线元矢量6/J^之
间相对位置矢量的模； S外j :外接收线圈2第j匝线圈的平面范围；
G^外y :外接收线圈2第j匝线圈的平面面元矢量； (5)、通过调节内接收线圈1和外接收线圈2的大小、匝数与相对位置，使
6<formula>formula see original document page 7</formula>
(6)、计算在二次场作用下，通过内接收线圈1的磁通V rt2与通过外接收线圈2的
<formula>formula see original document page 7</formula>其中
B(t) :二次场磁感应强度；
S :内接收线圈1第i匝线圈的面积；
a i :内接收线圈1第i匝线圈法向方向与二次场磁感应强度方向的夹角 S2j :外接收线圈2第j匝线圈的面积；
P j :外接收线圈2第j匝线圈法向方向与二次场磁感应强度方向的夹角； 应用小回线装置进行探测，同一时刻，认为通过接收线圈的二次场磁感应强度大 小相等，方向相同； (7)、以外接收线圈2的终点为参考端，以下计算以此为标准；
根据以下公式计算内接收线圈i起点与终点间的感应电压UABa)<formula>formula see original document page 7</formula>QZ
U皿(t):内接收线圈1起点与终点间的一次场感应电压； U^(t):内接收线圈1起点与终点间的二次场感应电压；
(8)、根据以下公式计算外接收线圈2起点与终点间的感应电压uDC(t)
<formula>formula see original document page 7</formula> 其中 uDa a):外接收线圈2起点与终点间的一次场感应电压；
uDC2 (t):外接收线圈2起点与终点间的二次场感应电压； (9)、根据内接收线圈1和外接收线圈2的连接方式，内接收线圈1起点与终点间 的一次场感应电压与外接收线圈2起点与终点间的一次场感应电压方向相反，内接收线圈 1起点与终点间的二次场感应电压与外接收线圈2起点与终点间的二次场感应电压方向相 同； 计算内接收线圈1起点与外接收线圈2终点间的感应电压u(t)
fifr & A
根据方法步骤(4)中v ^ = _ v rtl得 2、根据权利要求1所述的一种电磁法勘查的发送接收一体化方法，其特征在于一 次场作用下，内接收线圈1内通过的磁通v&与外接收线圈2内通过的磁通v^等值异 号；二次场作用下，内接收线圈1内通过的磁通v ^与外接收线圈2内通过的磁通 同号。 3、根据权利要求1和2所述的一种电磁法勘查的发送接收一体化方法，其特征在 于发送线圈3对内接收线圈1的互感影响同发送线圈3对外接收线圈2的互感影响相互抵 消，即消除了内接收线圈1与外接收线圈2的一次场。 4、一种电磁法勘查的发送接收一体化装置，其特征在于该装置包括内接收线圈1、 外接收线圈2、发送线圈3、发送机4、信号调理电路5和接收机6，内接收线圈1置于发送线 圈3的内部，外接收线圈2置于发送线圈3的外部；发送机4的正、负输出端与发送线圈3 的两端分别连接，不分极性；内接收线圈1的A端与信号调理电路5的正输入端连接，内接 收线圈1的B端与外接收线圈2的D端连接，外接收线圈2的C端与信号调理电路5的参 考端连接；信号调理电路的5的输出端与接收机6的正输入端连接，信号调理电路5的参考 端与接收机6的参考端连接。 5、根据权利要求4所述的一种电磁法勘查的发送接收一体化装置，其特征在于信 号调理电路5包括阻尼电阻Rq、电压跟随器A^运算放大器4、输入电阻&与反馈电阻R2 ; 阻尼电阻R。的一端与参考端连接，另一端与电压跟随器A的同向输入端连接，电压跟随器 A的输出端与它的反向输入端连接；输入电阻Ri的一端与电压跟随器的输出端连接，另一 端与运算放大器A2的反向输入端连接；反馈电阻I^一端与运算放大器A2的反向输入端连 接，另一端与运算放大器4的输出端连接；运算放大器^的同向输入端同参考端连接，运算 放大器A2的输出端同接收机6的正输入端连接。
本发明与现有技术相比，其技术效果是 (1)、采用双接收线圈的方法，使发送线圈3对内接收线圈1和外接收线圈2的互 感影响互相抵消，消除了常规接收线圈一次场和二次场的混叠现象； (2)、由于消除了常规接收线圈一次场和二次场混叠现象，接收信号动态范围减 小，解决了接收弱二次场信号困难的问题； (3)、由于消除了常规小线框同点装置互感影响，使小线框同点装置易于应用；
(4)、发送和接收线圈相对固定，消除了常规电磁法勘查装置互感变化大的问题， 且易于设计为一体化系统，使用方便。
图1是本发明的组成框图； 图2是本发明组成框图的电路原理 图3是本发明计算一次场磁通的矢量图； 图4是本发明计算二次场磁通的矢量图； 图5是本发明螺旋线圈发送接收一体化装置电路原理图； 图6是图5中的发送线圈3通过的电流波形图； 图7是图5中的内接收线圈1的感应电压与外接收线圈2的感应电压波形图； 图8是图5中的内接收线圈1的感应电压与两线圈间的感应电压波形图； 图9是图5中的发送线圈3通过的电流波形图； 图10是图5中的内接收线圈1的感应电压与外接收线圈2的感应电压波形图； 图11是图5中的内接收线圈1的感应电压与两线圈间的感应电压波形图； 图12是本发明方形线圈发送接收一体化装置电路原理图； 图13是图12中的发送线圈3通过的电流波形图； 图14是图12中的内接收线圈1的感应电压与外接收线圈2的感应电压波形图； 图15是图12中的内接收线圈1的感应电压与两线圈间的感应电压波形图。 在图1中 1-内接收线圈； 2-外接收线圈； 3-发送线圈； 4-发送机； 5_信号调理电路； 6-接收机。 在图2、图5和图12中: 1、2、3、4、5、6的含义和图1中的1、2、3、4、5、6相同; 发送线圈1逆时针通过正向电流i (t)，外接收线圈2区域中的符号'X '表示磁感应强度方向为由纸向里，内接收线圈1区域中的'參'表示磁感应强度方向为由纸向外； u(t)为内接收线圈l与外接收线圈2共同产生的感应电压；u。(t)为u(t)放大后
的电压，其放大倍数为f 。
穴l 在图3中: 发送线圈3第k匝线圈通过电流i(t)时，计算内接收线圈1的第i匝线圈与外接收线圈2的第j匝线圈通过一次场磁通的矢量图； 其中 i (t):发送线圈3通过的电流； 9 ki :内接收线圈1第i匝线圈平面与发送线圈3第k匝线圈法向方向的夹角； 131;:发送线圈3第k匝线圈的路径； ^4^:发送线圈3第k匝线圈上的线元矢量； :内接收线圈1第i匝线圈平面某点与发送线圈3第k匝线圈线元矢量t/J^
之间的相对位置矢量； (Kj :外接收线圈2第j匝线圈平面与发送线圈3第k匝线圈法向方向的夹角； 131;:发送线圈3第k匝线圈的路径； t/fw:发送线圈3第k匝线圈上的线元矢量；
^卜^ :外接收线圈2第j匝线圈平面某点与发送线圈3第k匝线圈线元矢量t^^
之间的相对位置矢量。 在图4中 左图为计算内接收线圈1第i匝线圈通过二次场磁通的矢量示意图； 其中: B(t) :二次场磁感应强度； S :内接收线圈1第i匝线圈的面积； 1 :内接收线圈1第i匝线圈的路径； ^/:内接收线圈1第i匝线圈的法向方向； a i :内接收线圈1第i匝线圈法向方向与二次场磁感应强度方向的夹角； 右图为计算外接收线圈2第j匝线圈通过二次场磁通的矢量示意图； 其中 B(t) :二次场磁感应强度； S2j :外接收线圈2第j匝线圈的面积； l2j :外接收线圈2第j匝线圈的路径； &y :外接收线圈2第j匝线圈的法向方向； |3 j :外接收线圈2第j匝线圈法向方向与二次场磁感应强度方向的夹角。 在图6中 横轴为时间t，每格为5ms ;纵轴为电压，每格为200mV ; 信号为实施例1中的发送电流，发送电流的频率为32Hz，发送电流由电流传感器测量得到，电流传感器的转换倍率为100mV/A，故发送电流峰值为7A。 在图7中: 横轴为时间t，每格为2ii s ;纵轴为电压，每格为20V ; 上图为实施例1中，发送电流i(t)正向关断开始，内接收线圈1的感应电压l^; 下图为实施例1中，发送电流i(t)正向关断开始，外接收线圈2的感应电压u。c。 在图8中 上图为实施例1中，发送电流i(t)正向下降关断开始，内接收线圈1的感应电压uBA ;其中横轴为时间t，每格为2ii s，纵轴为电压，每格为20V ; 下图为实施例1中，发送电流i(t)正向下降关断开始，内接收线圈l和外接收线圈2串联后输出电压u (t);其中横轴为时间t，每格为2 ii s，纵轴为电压，每格为IV。 在图9中 横轴为时间t，每格为5ms ;纵轴为电压，每格为200mV ; 信号为实施例2中的发送电流，发送电流的频率为50Hz，发送电流由电流传感器测量得到，电流传感器的转换倍率为100mV/A，故发送电流峰值为4. 8A。 在图10中: 横轴为时间t，每格为5ms ;纵轴为电压，每格为20mV ; 上图为实施例2中，发送电流i(t)变化时，内接收线圈1的感应电压i^ ; 下图为实施例2中，发送电流i(t)变化时，外接收线圈2的感应电压u。c。
在图11中: 上图为实施例2中，发送电流i(t)变化时，内接收线圈1的感应电压i^;其中横轴为时间t，每格为5ms，纵轴为电压，每格为20mV ; 下图为实施例2中，发送电流i(t)变化时，内接收线圈l和外接收线圈2串联输出电压u(t)经过100倍放大后输出的电压u。(t);其中横轴为时间t，每格为5ms，纵轴为电压，每格为20mV。
在图13中: 横轴为时间t，每格为5ms，纵轴为电压，每格为100mV ; 信号为实施例3中的发送电流，发送电流的频率为32Hz，发送电流由电流传感器测量得到，电流传感器的转换倍率为100mV/A，故发送电流峰值为3A。
在图14中 横轴为时间t，每格为lii s，纵轴为电压，每格为5V ; 上图为实施例3中，发送电流i(t)正向关断开始，内接收线圈1的感应电压i^;
下图为实施例3中，发送电流i(t)正向关断开始，外接收线圈2的感应电压u。c。
在图15中 上图为实施例3中，发送电流i(t)正向下降关断开始，内接收线圈1的感应电压uBA ;其中横轴为时间t，每格为1 i！ s，纵轴为电压，每格为5V ; 下图为实施例3中，发送电流i(t)正向下降关断开始，内接收线圈l和外接收线圈2串联输出电压u(t);其中横轴为时间t，每格为liis，纵轴为电压，每格为0.5V。
具体实施例方式
本发明将结合附图作进一步详细说明。
实施例1 ，应用于时间域电磁法，按以下顺序步骤进行 1、发送线圈3、内接收线圈1与外接收线圈2的设计 按图5所示，在平面选定中心点0，设计发送线圈3为18匝平面螺旋线圈，最内线圈起始半径为90. 875mm，其他线圈起始半径依次增加3. 5mm，线宽为2. 5mm，线间距离为lmm 5 设计内接收线圈1为12匝平面螺旋线圈，最内线圈起始半径为69. 5mm，最外线圈起始半径为80. 5mm，线宽为0. 5mm，线间距离为0. 5mm ; 设计外接收线圈2为16个圆弧组成的扇环，最外扇环内半径为158mm，外半径为
220mm，分离处距离为lmm ;其他扇环内半径依次增加lmm，外半径依次减少lmm，分离处距离
依次增加2mm ;其中线宽为0. 5mm，线间距离为0. 5mm ; 2、计算内接收线圈1在一次场作用下通过的磁通V &
<formula>formula see original document page 11</formula> 得v内工=2. 55300 X 10—5i (t) (Wb)
其中
同；
A :内接收线圈1第i匝线圈的起始半径；
Rk :发送线圈3第k匝线圈的起始半径，以下公式中出现的该符号其词意相同；X :内接收线圈1第i匝线圈的起始半径变量；
P :发送线圈3第k匝线圈电流经过的弧度，以下公式中出现的该符号其词意相
3、计算外接收线圈2在一次场作用下通过的磁通V
外〗
y外l =
g f /V.(0 (2,v — ~ ) w p (《—COS p)x
2
2取
内J
「外y f2'
(x2 +《一 2WAx cos 一
器领lj量6 li S ;
-2. 55158X 10—5i(t) (Wb)
得V外丄其中
rrtj :外接收线圈2第j个扇环内半径；j :外接收线圈2第j个扇环外半径；
X :外接收线圈2第j个扇环半径变量；lj :外接收线圈2第j个扇环分离处距离；
4、 启动发送机，发送如图6所示的双极性方波电流，其中，电流波形由电流传感得到，转换倍率为100mV/A，故电流幅值为7A，根据图7可知发送电流关断时间为
5、 发送电流正向下降关断期间，一次场感应电压的计算计算内接收线圈1的一次场感应电压u皿
内i
0 — 2.55300x10—、7
观
6x10
-6
=—29.7 (7)
计算外接收线圈2的-—#外1 —
-次场感应电压uDC1
0+2.55158xl0_5x7)
DC1
=29.7 (7)
6x10—° 比较可得，内接收线圈1的一次场感应电压与外接收线圈2的一次场感应电压大小相等，方向相反； 如图8所示，上图为内接收线圈l产生的感应电压，下图为内接收线圈l与外接收线圈2串联输出的电压u(t); 通过比较，在电流关断期间，本发明装置接收到的信号远小于单个接收线圈接收到的信号，消除了强一次场背景，达到有效接收由地下地质体产生的二次场瞬变信号的目的。 实施例2，应用于频率域电磁法，按以下顺序步骤进行 1、采用实施例1设计的发送线圈3、内接收线圈1与外接收线圈2，按实施例1的第2步得
2. 55300X 10—5i(t) (Wb)
按实施例1的第3步得
<formula>formula see original document page 13</formula> 2、启动发送机，发送如图9所示的正弦电流，其中，电流波形由电流传感器测量得到，转换倍率为100mV/A，故电流峰值为4. 8A，其频率为50Hz，可近似得正弦电流表达式
i(t) = 4. 8sin(100 Ji t) (A)3、计算内接收线圈1的一次场感应电压uA
"週== 2.55300x i0—、 4.8x 一,)
得uAB1 = 38. 5cos (100 Ji t) (mV)计算外接收线圈2的一次场感应电压uDC1
-- -2.55158x 10-5 x 4.8 x阔,) 得uDC1 = -38. 5cos (100 Ji t) (mV) 比较可得，内接收线圈1的一次场感应电压与外接收线圈2的一次场感应电压大小相等，方向相反； 如图11所示，上图为内接收线圈1产生的感应电压，下图为内接收线圈1与外接收线圈2串联输出电压u(t)经过100倍放大后的电压u。(t); 通过比较，在电流关断期间，本发明装置接收到的信号远小于单个接收线圈接收到的信号，消除了强一次场背景。 实施例3 ，应用于时间域电磁法，按以下顺序步骤进行
1、发送线圈3、内接收线圈1与外接收线圈2的设计 按图12所示，在平面选定中心点O，设计发送线圈3为8匝正方形螺线管；正方形边长为300mm，线宽为2mm，线间距离为3mm ; 设计内接收线圈l为6匝正方形螺线管；正方形边长为210mm，线宽为2mm，线间距离为1. 8mm ; 设计外接收线圈2为8个非闭合正方形组成的环，内环边长为350mm，外环边长为780mm ;其中线宽为2mm，线间距离为3mm，分离处距离为3mm ;
2、计算内接收线圈1在一次场作用下通过的磁通V &
8 6 ^ ^ /VO)丄(^ —x)sec2^
w和=S E〈〉t<:^-;-一办
1. 02430X 10—5i(t) (Wb)
其中
11:内接收线圈1每匝线圈的边长；
x :内接收线圈1第i匝线圈平面某点的x坐标；
13
同；
同；
y :内接收线圈1第i匝线圈平面某点的y坐标；z :内接收线圈1第i匝线圈平面某点的z坐标；
Zk :发送线圈3第k匝线圈上某点的Z坐标，以下力、
x式中出现的该符号其词意相
L :发送线圈3的边长，以下公式中出现的该符号其词意相同；
P :发送线圈3每匝线圈单边电流经过的弧度，以下公式中出现的该符号其词意相
3、计算外接收线圈2在一次场作用下通过的磁通V
外〗
^卜1
4/2内一/q
4/,
88 /2夕《
2内
丄 2
//0/(0丄(--Jc)sec p
2>
88 ，
产^
4
器领lj量
w 2
得V外i = -1. 02355 X 10—5i (t) (Wb)其中
12々卜外接收线圈2的外边边长；1^:外接收线圈2的内边边长；1。外接收线圈2分离处距离；
X :外接收线圈2第j匝线圈平面某点的X坐标；y :外接收线圈2第j匝线圈平面某点的y坐标；Z :外接收线圈2第j匝线圈平面某点的Z坐标；
4、启动发送机，发送如图13所示的双极性方波电流，其中，电流波形由电流传感得到，转换倍率为100mV/A，故电流幅值为2. 9A，根据图14可知发送电流关断时间为
1. 9il S ; 5、发送电流正向下降关断期间，一次场感应电压的计算 计算内接收线圈1的一次场感应电压u舰
d^内i _ O — l.02430x10—5 x 2.9
观
二一15.6
& 1.9x10—(
计算外接收线圈2的一次场感应电压uDC1
<formula>formula see original document page 15</formula> 比较可得，内接收线圈1的一次场感应电压与外接收线圈2的一次场感应电压大小相等，方向相反，实现了消除一次场信号的目的； 如图15所示，上图为内接收线圈1产生的感应电压波形，下图为内接收线圈1与外接收线圈2串联输出的电压u(t); 通过比较，在电流关断期间，本发明装置接收到的信号远小于单个接收线圈接收到的信号，消除了强一次场背景，达到有效接收由地下地质体产生的早期二次场瞬变信号的目的。 本发明技术方案不仅适用于地球物理勘探、工程地质勘探、而且还适用于探测地下军事目标和无损检测等领域。
权利要求
一种电法勘查的发送接收一体化方法，其特征在于该方法按以下顺序步骤进行(1)、首先，发送接收一体化系统包括3个线圈，1个发送线圈，2个接收线圈；将内接收线圈1置于发送线圈3内部，外接收线圈2置于发送线圈3外部；(2)、然后，按内接收线圈1逆时针绕制方式，确定内接收线圈1的起点与终点，按外接收线圈2逆时针绕制方式，确定外接收线圈2的起点与终点；将内接收线圈1的终点与外接收线圈2的起点连接，或将内接收线圈1的起点与外接收线圈2的终点连接；以下按照内接收线圈1的终点与外接收线圈2的起点连接的方式进行叙述；(3)、发送线圈3电流i(t)参考方向为逆时针方向，设定内接收线圈1的一次场磁感应强度的参考方向为由纸向外，外接收线圈2的一次场磁感应强度方向由纸向里；计算在发送线圈3通以电流i(t)时，通过内接收线圈1的一次场磁通ψ内1其中N3发送线圈3的总匝数，以下公式中出现的该符号其词意相同；N1内接收线圈1的总匝数，以下公式中出现的该符号其词意相同；k发送线圈3的求和变量，以下公式中出现的该符号其词意相同；i内接收线圈1的求和变量，以下公式中出现的该符号其词意相同；μ0真空磁导率，μ0＝4π×10-7H/m，以下公式中出现的该符号其词意相同；i(t)发送线圈3通过的电流，以下公式中出现的该符号其词意相同；θki内接收线圈1第i匝线圈平面与发送线圈3第k匝线圈法向方向的夹角；l3k发送线圈3第k匝线圈的路径，以下公式中出现的该符号其词意相同；发送线圈3第k匝线圈上的线元矢量，以下公式中出现的该符号其词意相同；内接收线圈1第i匝线圈平面某点与发送线圈3第k匝线圈线元矢量之间的相对位置矢量；R内ki内接收线圈1第i匝线圈平面某点与发送线圈3第k匝线圈线元矢量之间的相对位置矢量的模；S内i内接收线圈1第i匝线圈的平面范围；内接收线圈1第i匝线圈的平面面元矢量；(4)、计算在发送线圈3通以电流i(t)时，通过外接收线圈2的一次场磁通ψ外1其中N2外接收线圈2的总匝数，以下公式中出现的该符号其词意相同；j外接收线圈2的求和变量，以下公式中出现的该符号其词意相同；φkj外接收线圈2第j匝线圈平面与发送线圈3第k匝线圈法向方向的夹角；外接收线圈2第j匝线圈平面某点与发送线圈3第k匝线圈线元矢量之间的相对位置矢量；R外j外接收线圈2第j匝线圈平面某点与发送线圈3第k匝线圈线元矢量之间的相对位置矢量的模；S外j外接收线圈2第j匝线圈的平面范围；外接收线圈2第j匝线圈的平面面元矢量；(5)、通过调节内接收线圈1和外接收线圈2的大小、匝数与相对位置，使ψ内1＝-ψ外1(6)、计算在二次场作用下，通过内接收线圈1的磁通ψ内2与通过外接收线圈2的磁通ψ外2其中B(t)二次场磁感应强度；S1i内接收线圈1第i匝线圈的面积；αi内接收线圈1第i匝线圈法向方向与二次场磁感应强度方向的夹角；S2j外接收线圈2第j匝线圈的面积；βj外接收线圈2第j匝线圈法向方向与二次场磁感应强度方向的夹角；应用小回线装置进行探测，同一时刻，认为通过接收线圈的二次场磁感应强度大小相等，方向相同；(7)、以外接收线圈2的终点为参考端，以下计算以此为标准；根据以下公式计算内接收线圈1起点与终点间的感应电压uAB(t)其中uAB1(t)内接收线圈1起点与终点间的一次场感应电压；uAB2(t)内接收线圈1起点与终点间的二次场感应电压；(8)、根据以下公式计算外接收线圈2起点与终点间的感应电压uDC(t)其中uDC1(t)外接收线圈2起点与终点间的一次场感应电压；uDC2(t)外接收线圈2起点与终点间的二次场感应电压；(9)、根据内接收线圈1和外接收线圈2的连接方式，内接收线圈1起点与终点间的一次场感应电压与外接收线圈2起点与终点间的一次场感应电压方向相反，内接收线圈1起点与终点间的二次场感应电压与外接收线圈2起点与终点间的二次场感应电压方向相同；计算内接收线圈1起点与外接收线圈2终点间的感应电压u(t)根据方法步骤(4)中ψ外1＝-ψ内1得FSA00000045159800011.tif,FSA00000045159800021.tif,FSA00000045159800022.tif,FSA00000045159800023.tif,FSA00000045159800024.tif,FSA00000045159800025.tif,FSA00000045159800026.tif,FSA00000045159800027.tif,FSA00000045159800028.tif,FSA00000045159800031.tif,FSA00000045159800032.tif,FSA00000045159800033.tif,FSA00000045159800034.tif,FSA00000045159800041.tif,FSA00000045159800042.tif,FSA00000045159800043.tif,FSA00000045159800044.tif
2. 根据权利要求1所述的一种电磁法勘查的发送接收一体化方法，其特征在于一次场 作用下，内接收线圈1内通过的磁通V rt工与外接收线圈2内通过的磁通V ^等值异号；二 次场作用下，内接收线圈l内通过的磁通V^与外接收线圈2内通过的磁通￥々卜2同号。
3. 根据权利要求1和2所述的一种电磁法勘查的发送接收一体化方法，其特征在于发 送线圈3对内接收线圈1的互感影响同发送线圈3对外接收线圈2的互感影响 相互抵消， 即消除了内接收线圈1与外接收线圈2的一次场。
4. 一种电磁法勘查的发送接收一体化装置，其特征在于该装置包括内接收线圈1、外 接收线圈2、发送线圈3、发送机4、信号调理电路5和接收机6，内接收线圈1置于发送线圈 3的内部，外接收线圈2置于发送线圈3的外部；发送机4的正、负输出端与发送线圈3的 两端分别连接，不分极性；内接收线圈1的A端与信号调理电路5的正输入端连接，内接收 线圈1的B端与外接收线圈2的D端连接，外接收线圈2的C端与信号调理电路5的参考 端连接；信号调理电路的5的输出端与接收机6的正输入端连接，信号调理电路5的参考端 与接收机6的参考端连接。
5. 根据权利要求4所述的一种电磁法勘查的发送接收一体化装置，其特征在于信号调 理电路5包括阻尼电阻R。、电压跟随器Ap运算放大器4、输入电阻&与反馈电阻R2 ;阻尼 电阻R。的一端与参考端连接，另一端与电压跟随器A的同向输入端连接，电压跟随器^的 输出端与它的反向输入端连接；输入电阻Ri的一端与电压跟随器的输出端连接，另一端与 运算放大器4的反向输入端连接；反馈电阻I^一端与运算放大器4的反向输入端连接，另 一端与运算放大器A2的输出端连接；运算放大器^的同向输入端同参考端连接，运算放大 器4的输出端同接收机6的正输入端连接。
全文摘要
本发明涉及一种电法勘查的发送接收一体化的方法与装置。该发明适用于地球物理勘探、工程地质勘探、地下军事目标探测和无损检测等领域。该发明技术方案其方法是在发送线圈3内部设置内接收线圈1，在发送线圈3外部设置外接收线圈2，使在一次场作用下，通过内接收线圈1和外接收线圈2的磁通等值异号，一次场感应电压互相抵消，仅输出二次场信号；其装置包括发送机4、发送线圈3、内接收线圈1、外接收线圈2、信号调理电路5和接收机6，内接收线圈1与外接收线圈2连接，线圈1与线圈2再与信号调理电路5连接。本发明的优点是消除了一次场影响，减小了信号动态范围，扩大了小线框同点装置实用性，实现了发送接收线圈的一体化。
文档编号G01V3/10GK101776770SQ20101011453
公开日2010年7月14日 申请日期2010年2月26日 优先权日2010年2月26日
发明者付志红, 张淮清, 王勇, 苏向丰, 陈文斌 申请人:重庆大学