一种瞬变电磁仪器及补偿算法的制作方法

本发明涉及地球物理勘探领域，特别是涉及一种瞬变电磁仪器及补偿算法。

背景技术：

瞬变电磁法是地球物理勘探领域中一种很重要的方法，是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场，且在一次脉冲间歇观测地下涡流场的方法，目前瞬变电磁法普遍的接收方式是采用感应线圈测量磁场的变化率，由于发射电流关断时，接收线圈本身产生感应电动势，并叠加在地下涡流场产生的感应电动势之上，因而造成瞬变电磁实测早起信号失真，形成探测盲区。随着铁路、公路和城市基础建设的加速发展，浅层工程地质问题日益显著，通常要求在有限场地条件下实现浅层高精度探测，为此，瞬变电磁法的收发距离和发射回线边长越来越短，线圈匝数越来越多，然而收发线圈的互感也越来越明显。201410092714.x的《一种瞬变电磁量测装置及方法》(以下简称“前案”)中有提到利用调零天线线圈来消除一次场的影响，但是，此方式在消除一次场的同时也大大地削弱了二次场的强度。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种瞬变电磁仪器及补偿方法，能够在不削弱二次场的情况下消除一次场的影响。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种瞬变电磁仪器，包括发射机、发射线圈、补偿线圈、接收线圈和接收机，所述发射线圈、补偿线圈和接收线圈三者中心同轴且互相平行，所述发射线圈和所述接收线圈的直径相同；所述补偿线圈与所述接收线圈串联且绕制方向相反，所述接收线圈在所述补偿线圈和所述发射线圈的正上方；使得发射线圈产生的一次场穿过补偿线圈和接收线圈组合的磁通量始终等于0或接近于0。

作为优化，所述发射线圈、接收线圈和补偿线圈的有效串入匝数为调节的。

作为优化，所述接收线圈与发射线圈的中心距离是所述发射线圈直径的0.5-4倍。

作为优化，所述补偿线圈的直径小于所述发射线圈的直径且所述补偿线圈与所述发射线圈在同一水平面上，所述补偿线圈和接收线圈的导线类型相同。

作为优化，所述补偿线圈的直径与所述发射线圈的直径相等且设置在所述发射线圈的上方且紧靠所述发射线圈但不与发射线圈重叠，所述补偿线圈和接收线圈的导线类型相同。

一种采用本发明所述的一种瞬变电磁仪器的补偿算法，包括以下步骤：

s1、将所述发射线圈置于待测区域表面上方，所述补偿线圈同轴设置于所述发射线圈的上方或同一水平面，所述接收线圈同轴设置于所述补偿线圈的上方；

s2、向发射线圈的发射回路中通入电流，调节所述补偿线圈和接收线圈的匝数和/或所述补偿线圈的匝数或直径，使得发射线圈产生的一次场穿过接收线圈和补偿线圈组合的磁通量始终等于0或接近于0；

s3、将权利要求1-5任一所述的一种瞬变电磁仪器吊至空中，所述接收机记录下无穷大电阻率背景下的发射机纯关断沿感应信号；

s4、将接收机正常采集的信号减掉s1所获得的纯关断沿感应信号，就是精确的二次场感应信号。

作为优化，根据探测需要，确定发射线圈的大小、位置以及接收线圈和补偿线圈的位置，根据发射线圈磁矩参数计算发射线圈一次场在接收线圈产生的垂向磁场，确定发射线圈和接收线圈的匝数。

作为优化，通过调节所述发射线圈和所述接收线圈的匝数比或所述补偿线圈的大小及与接收线圈的匝数比使得发射线圈产生的一次场穿过所述补偿线圈和接收线圈组合的磁通量始终等于0或接近于0。

作为优化，所述发射线圈与接收线圈匝数比为1：10。

本发明的有益效果是：

本发明中的补偿线圈与接收线圈绕制方向相反，使得发射线圈的产生的磁力线先通过补偿线圈再通过接收线圈时就相互抵消，接收线圈的一次场的磁通量始终为0，即一次场的变化不会在接收线圈中产生感应场，而且由于补偿线圈远离接收线圈，二次场的幅度基本不受补偿线圈的影响，有效地压制了一次场及发射模块关断沿的影响，提高接收模块的全波形记录灵敏度。

附图说明

图1为本发明所述的一种瞬变电磁仪器的连接示意图；

图2为本发明所述的一种瞬变电磁仪器的另一种连接示意图。

图3为发射线圈一次场的分布示意图。

附图中，1为发射线圈，2为接收线圈，3为补偿线圈，4为发射机，5为接收机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：如图1所示，一种瞬变电磁仪器，包括发射机4、发射线圈1、补偿线圈3、接收线圈2和接收机5，发射线圈1、补偿线圈3和接收线圈2三者的中心同轴且互相平行，发射线圈1和接收线圈2的直径相同；接收线圈2在补偿线圈3和发射线圈1的正上方。本实施例中，接收线圈2与发射线圈1的中心距离是发射线圈1直径的0.5-4倍。发射线圈1最接近探测区域，补偿线圈3的直径小于发射线圈1的直径且补偿线圈3与发射线圈1在同一水平面上。补偿线圈3与接收线圈2的导线类型相同，补偿线圈3与接收线圈2串联且绕制方向相反，使得发射线圈1产生的一次场穿过补偿线圈3和接收线圈2组合的磁通量始终等于0或接近于0。

当发射机4向发射线圈1接入电流时，发射线圈1产生一次场，发射线圈1产生的一次场穿过补偿线圈3和接收线圈2的组合时，由于补偿线圈3和接收线圈2绕制方向相反，所以发射线圈1产生的磁力线先通过补偿线圈再通过接收线圈时就相互抵消，接收线圈的一次场的磁通量始终为0，即一次场的变化不会在接收线圈中产生感应场。

实施例2：如图2所示，一种瞬变电磁仪器，包括发射机4、发射线圈1、补偿线圈3、接收线圈2和接收机5，发射线圈1、补偿线圈3和接收线圈2三者的中心同轴且互相平行，发射线圈1和接收线圈2的直径相同；接收线圈2在补偿线圈3和发射线圈1的正上方。本实施例中，接收线圈2与发射线圈1的中心距离是发射线圈1直径的0.5-4倍。发射线圈1最接近探测区域，补偿线圈3的直径与发射线圈1的直径相等且设置在发射线圈1的上方且紧靠发射线圈1但不与发射线圈1重叠。补偿线圈3与接收线圈2的导线类型相同，补偿线圈3与接收线圈2串联且绕制方向相反，使得发射线圈1产生的一次场穿过补偿线圈3和接收线圈2组合的磁通量始终等于0或接近于0。

当发射机4向发射线圈1接入电流时，发射线圈1产生一次场，发射线圈1产生的一次场穿过补偿线圈3和接收线圈2的组合时，由于补偿线圈3和接收线圈2绕制方向相反，所以发射线圈1产生的磁力线先通过补偿线圈再通过接收线圈时就相互抵消，接收线圈的一次场的磁通量始终为0，即一次场的变化不会在接收线圈中产生感应场。

在具体实施例中，本发明的一种瞬变电磁仪器的补偿算法包括以下步骤：

1、根据探测需要，确定发射线圈1的大小及位置、接收线圈2和补偿线圈3的位置，并根据发射线圈1磁矩参数计算发射线圈1一次场在接收线圈2产生的垂向磁场，再根据垂向磁场调节发射线圈1与接收线圈2的匝数比或补偿线圈3的大小及与接收线圈2的匝数比，使得发射线圈产生的一次场穿过补偿线圈3和接收线圈2组合的磁通量始终等于0或接近于0。本实施例中，补偿线圈和接收线圈的匝数比为1:10。

2、将实施例中的瞬变电磁仪器吊至空中，接收机5记录下在无穷大电阻率背景下的发射机4纯关断沿感应信号；再将接收机5正常采集的信号减掉纯关断沿感应信号，就是精确的二次场感应信号。

如图3所示，发射线圈的正中心，磁通量密度强；发射线圈的正上方，磁通量密度弱。因此相同磁通量的情况下，即零一次场，接收线圈的面积远大于补偿线圈的面积，即只需要直径小于接收线圈的补偿线圈即可。本发明中的均远离接收线圈，由于补偿线圈远离接收线圈，二次场的幅度基本不受补偿线圈的影响，在有效地压制了一次场及发射机关断沿的影响下提高了接收机的全波形记录动态范围。

最后应说明的是：本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等统计数的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。