全空间瞬变电磁定向探测系统和定位异常体的方法与流程

技术领域：

本发明涉及瞬变电磁定向探测系统和方法，具体涉及全空间瞬变电磁定向探测系统和定位异常体的方法。

技术背景：

在矿山巷道开拓、隧道及地下工程的掘进过程中，由于水文地质条件复杂，容易诱发水害，造成淹井等重大事故。

目前国内外主要采用钻探和物探结合的方法。在物探方面，由于瞬变电磁探测技术及装备作为地面半空间时间域电磁法技术在地面得到了广泛应用，因其探测精度高、仪器装备便携易用，被引入到矿山、隧道及地下工程领域中，解决了部分富含水异常体的探测问题。由于全空间的围岩介质，巷道内金属的影响，还存在以下不足：第一无法判断接收到的信号来源方向；第二对天线后方的信号无法处理等问题，对后期的反演解释造成了重大影响，容易造成漏报、误报问题。

技术实现要素：
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本发明所要解决的技术问题是提供全空间瞬变电磁定向探测系统和定位异常体的方法。

为了解决上述问题，本发明技术方案是，全空间瞬变电磁定向探测系统，包括瞬变电磁主机、二次磁场场源方向识别装置、辅助线圈和回线模块；其特征在于：

所述回线模块包括发射线圈和接收线圈；所述发射线圈用于发射激励信号，并向二次磁场场源方向识别装置输出同步信号；所述接收线圈用于在发射线圈关断后接收二次磁场信号，并输出到瞬变电磁主机；

所述辅助线圈包括二个或二个以上第二接收线圈，第二接收线圈设置在回线模块的前后两侧；辅助线圈用于在发射线圈关断后接收二次磁场信号，并输出到二次磁场场源方向识别装置；

所述二次磁场场源方向识别装置包括同步相位鉴别电路、信号预处理电路、同步ad采集电路、异常体定位电路、剔除点位置数据存储电路和数据接口电路；

所述同步相位鉴别电路用于接收辅助线圈输出的二次磁场信号和检测发射线圈输出的同步信号，并根据同步信号同步分离出自辅助线圈的信号的参考基准时间和时间相位差；

所述信号预处理电路接收同步相位鉴别电路输出的相位信号和同步信号，并进行处理后输出至同步ad采集电路；

所述同步ad采集电路受异常体定位电路的控制，将信号预处理电路信号输出的模拟信号数字化后传送至异常体定位电路；

所述异常体定位电路接收来自同步ad采集电路的数字信号，定位出地质异常体与回线模块的相对位置，并计算出位于回线模块后方的地质异常体的位置数据；

所述剔除点位置数据存储电路将异常体信号定位电路得到的位于回线模块后方的地质异常体的位置数据进行存储；

所述数据接口电路用于将位于回线模块后方的地质异常体的位置数据传输至瞬变电磁主机；

所述瞬变电磁主机用于将位于回线模块后方的地质异常体的位置数据从接收线圈输出的二次磁场信号中剔除，并将处理后的数据进行实时的动态成像。

本发明的第二个技术方案是，利用全空间瞬变电磁定向探测系统定位异常体的方法，其特征在于：包含如下步骤：

步骤一、组装全空间瞬变电磁定向探测系统，该系统包括瞬变电磁主机、二次磁场场源方向识别装置、辅助线圈和回线模块；

所述回线模块包括发射线圈和接收线圈；所述辅助线圈包括二个或二个以上第二接收线圈；第二接收线圈设置在回线模块的前后两侧。

步骤二、对全空间瞬变电磁定向探测系统进行采集参数设置；

步骤三、启动所述发射线圈发射激励信号，并向二次磁场场源方向识别装置输出同步信号；

步骤四、关断发射线圈，使接收线圈接收二次磁场信号，并输出到瞬变电磁主机；同时使所述辅助线圈也接收二次磁场信号，并输出到二次磁场场源方向识别装置；

步骤五、瞬变电磁主机同步采集来自接收线圈a142的二次磁场信号；

步骤六、二次磁场场源方向识别装置a1同步接收来自辅助线圈a12、a13的二次磁场信号和发射线圈输出的同步信号，并根据同步信号分离出来自辅助线圈的信号的参考基准时间和时间相位差；二次磁场场源方向识别装置根据时间相位差，判断出地质异常体与回线模块的相对位置；

步骤七、二次磁场场源方向识别装置计算出位于回线模块后方的地质异常体的位置数据，并将该位置数据传输至瞬变电磁主机；

步骤八、所述瞬变电磁主机将位于回线模块后方的地质异常体的位置数据从接收线圈输出的二次磁场信号中剔除，并将处理后的数据进行实时的动态成像。

根据本发明所述的利用全空间瞬变电磁定向探测系统定位异常体的方法的优选方案，所述二次磁场场源方向识别装置内设置有同步相位鉴别电路、信号预处理电路、同步ad采集电路、异常体定位电路、剔除点位置数据存储电路和数据接口电路；

所述同步相位鉴别电路用于接收辅助线圈输出的二次磁场信号和发射线圈输出的同步信号，并根据同步信号同步分离出自辅助线圈的信号的参考基准时间和时间相位差；

所述信号预处理电路用于接收同步相位鉴别电路输出的信号，进行处理后输出至同步ad采集电路；

所述同步ad采集电路受异常体定位电路的控制，用于将信号预处理电路信号输出的模拟信号数字化后传送至异常体定位电路；

所述异常体定位电路用于接收来自同步ad采集电路的数字信号，定位出地质异常体与回线模块的相对位置，并计算出位于回线模块后方的地质异常体的位置数据；

所述剔除点位置数据位置存储电路用于将异常体定位电路得到的位于回线模块后方的地质异常体的位置数据进行存储；

所述数据接口电路用于将位于回线模块后方的地质异常体的位置数据传输至瞬变电磁主机。

本发明所述的全空间瞬变电磁定向探测系统和定位异常体的方法的有益效果是：本发明通过将发射线圈和接收线圈与辅助线圈相结合，利用辅助线圈接收发射线圈关断后的二次磁场信号，并通过二次磁场场源方向识别装置进行数据处理后，得出地质异常体与发射线圈的相对位置、能够将位于回线模块后方的地质异常体的位置数据从接收线圈输出的二次磁场信号中剔除，并将处理后的数据进行实时的动态成像，有效保障了井下工作人员的生命安全，；本发明测量精度高，系统便携易用，测量时间短，操作简便，成本低，满足了行业需求，填补了市场空白，可广泛应用于煤矿等领域。

附图说明

图1为本发明所述的全空间瞬变电磁定向探测系统的原理图。

图2是本发明利用全空间瞬变电磁定向探测系统定位异常体的方法流程框图。

图3是地质异常体位于回线模块的前方时辅助线圈的时间相位差曲线。

图4是地质异常体位于回线模块的后方时辅助线圈的时间相位差曲线。

具体实施方式

参见图1.全空间瞬变电磁定向探测系统，包括瞬变电磁主机a10、二次磁场场源方向识别装置a11、辅助线圈和回线模块a14；其中：

所述回线模块a14包括发射线圈a141和接收线圈a142；所述发射线圈a141用于发射激励信号，即一次磁场信号，并向二次磁场场源方向识别装置输出同步信号；所述接收线圈a142用于在发射线圈关断后接收二次磁场信号，并输出到瞬变电磁主机a10。

所述辅助线圈采用2个或2个以上平行于回线模块的第二接收线圈a12、a13构成；第二接收线圈a12、a13位于回线模块前后两侧并平行于回线模块，并与回线模块a14间隔一定的距离；辅助线圈用于在发射线圈关断后接收二次磁场信号，并输出到二次磁场场源方向识别装置。

所述二次磁场场源方向识别装置a11包括同步相位鉴别电路a111、信号预处理电路a112、电源电路a113、同步ad采集电路a114、异常体定位电路a115、剔除点位置数据存储电路a116和数据接口电路a117。

所述同步相位鉴别电路a111用于接收辅助线圈输出的二次磁场信号和检测发射线圈输出的同步信号，并根据同步信号同步分离出自辅助线圈的信号的参考基准时间和时间相位差；

所述信号预处理电路a112接收同步相位鉴别电路输出的相位信号和同步信号，并进行处理后如输入信号范围调整后输出至同步ad采集电路。

电源电路a113连接至瞬变电磁主机，为各个电路提供电源。

所述同步ad采集电路a114受异常体定位电路的控制，将信号预处理电路信号输出的模拟信号数字化后传送至异常体定位电路。

所述异常体定位电路a115接收来自同步ad采集电路的数字信号，定位出地质异常体与回线模块的相对位置，并计算出位于回线模块后方的地质异常体的位置数据。

所述剔除点位置数据存储电路a116将位于回线模块后方的地质异常体的位置数据进行存储。

所述数据接口电路a117用于将位于回线模块后方的地质异常体的位置数据传输至瞬变电磁主机。

所述瞬变电磁主机a10用于将位于回线模块后方的地质异常体的位置数据从接收线圈输出的二次磁场信号中剔除，并将处理后的数据进行实时的动态成像。

一种利用全空间瞬变电磁定向探测系统定位异常体的方法，其特征在于：包含如下步骤：

步骤一、组装全空间瞬变电磁定向探测系统，该系统包括瞬变电磁主机a10、二次磁场场源方向识别装置a11、辅助线圈和回线模块a14。

所述回线模块a14包括发射线圈a141和接收线圈a142；所述辅助线圈包括二个或二个以上平行于回线模块的线圈a12、a13。

步骤二、对全空间瞬变电磁定向探测系统进行采集参数设置；

步骤三、启动所述发射线圈发射激励信号即一次磁场信号，并向二次磁场场源方向识别装置输出同步信号。

步骤四、关断发射线圈，使接收线圈接收二次磁场信号，并输出到瞬变电磁主机；同时使所述辅助线圈也接收二次磁场信号，并输出到二次磁场场源方向识别装置。

步骤五、瞬变电磁主机同步采集来自接收线圈a142的二次磁场信号。

步骤六、二次磁场场源方向识别装置a1同步接收来自辅助线圈a12、a13的二次磁场信号和发射线圈输出的同步信号，并根据同步信号分离出来自辅助线圈的信号的参考基准时间和时间相位差；二次磁场场源方向识别装置根据时间相位差，判断出地质异常体与回线模块的相对位置。具体可以根据位于回线模块前方的地质异常体为正相位差影响，位于回线模块后方的地质异常体为负相位差影响，判断出产生二次磁场源的的地质异常体与回线模块的相对位置，即判断出地质异常体具体是位于回线模块的前方或后方。

步骤七、二次磁场场源方向识别装置计算出位于回线模块后方的地质异常体的位置数据，即根据判断出的地质异常体与回线模块的相对位置以及后方异常体负相位差值程度，实现从数据中剥离出位于回线模块后方的地质异常体的位置数据；并将该位置数据传输至瞬变电磁主机。

参见图3和图4；图3为低阻体即地质异常体位于回线模块的前方，即位于需要探测的方向时，辅助线圈的时间相位差曲线；图4为低阻体即地质异常体位于回线模块的后方，即位于需要探测的反方向时，辅助线圈的时间相位差曲线；图3和图4中，xa12为辅助线圈a12的时间相位差曲线；xa13为辅助线圈a13的时间相位差曲线；xa14为探测时噪声水平衡量曲线。

步骤八、所述瞬变电磁主机将位于回线模块后方的地质异常体的位置数据从接收线圈输出的二次磁场信号中剔除，并将处理后的数据进行实时的动态成像。

在具体实施例中，所述二次磁场场源方向识别装置包括同步相位鉴别电路a111、信号预处理电路a112、电源电路a113、同步ad采集电路a114、异常体定位电路a115、剔除点数据存储电路a116和数据接口电路a117。

所述同步相位鉴别电路用于接收辅助线圈输出的二次磁场信号和发射线圈输出的同步信号，并根据同步信号同步分离出自辅助线圈的信号的参考基准时间和时间相位差；

所述信号预处理电路接收同步相位鉴别电路输出的信号，进行处理后，比如进行信号范围调整后，输出至同步ad采集电路；

所述电源电路连接至瞬变电磁主机，为各个电路提供电源；

所述同步ad采集电路受异常体定位电路的控制，将信号预处理电路信号输出的模拟信号数字化后传送至异常体定位电路；

所述异常体定位电路接收来自同步ad采集电路的数字信号，定位出地质异常体与回线模块的相对位置，并计算出位于回线模块后方的地质异常体的位置数据；

所述剔除点位置数据存储电路将异常体定位电路得到的位于回线模块后方的地质异常体的位置数据进行存储；

所述数据接口电路用于将位于回线模块后方的地质异常体的位置数据传输至瞬变电磁主机。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明的权利要求进行限制，其它的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变及等效置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。