涡流补偿方法及涡流补偿系统与流程

本发明涉及磁检测领域，特别是涉及一种涡流补偿方法及涡流补偿系统。

背景技术：

超导量子干涉器件(superconductingquantuminterferencedevice，以下简称squid)是目前已知的最灵敏的磁传感器，其中低温超导squid灵敏度可达1ft(1ft＝10^-15特斯拉)量级，高温超导squid灵敏度也可达10ft量级，是重要的高端应用磁传感器，广泛应用于生物医疗，地球物理探测，以及基础研究等领域。

瞬变电磁法是地球物理勘探中应用较多的一种勘探方法之一，它基于电性差异，发射双极性脉冲信号并接收地下响应，主要用于寻找低阻目标，具有较高的抗干扰能力和分辨率。

在用瞬变电磁系统进行探测时，发射信号不仅激发地下响应，同时也激发系统本身的涡流响应，对测量结果造成干扰。现有技术中通过解卷积的方式获取传输函数，步骤繁琐，且系统的探测准确性有待提高。其它电磁检测系统中也会存在系统涡流响应的问题。

因此，如何简化步骤，提高探测准确性已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种涡流补偿方法及涡流补偿系统，用于解决现有技术中电磁探测步骤繁琐、准确性不高等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种涡流补偿方法，所述涡流补偿方法至少包括：

设置squid系统，使所述squid系统不受干扰源的干扰；

对所述squid系统外围的激励线圈施加激励信号，产生脉冲磁场，获取所述squid系统的输出信号；

对所述squid系统的输出信号进行求导，获得传输函数；

将用于探测的发射电流和所述传输函数卷积，获得所述squid系统的涡流响应信号；

将所述squid系统的输出信号减去所述squid系统的涡流响应信号，获得被测对象的响应信号。

可选地，所述激励信号为阶跃信号。

更可选地，所述干扰源包括大地磁场、工频噪声或金属物。

更可选地，当所述squid系统的外围包覆多层单面导电金属薄膜时，将所述发射电流和所述传输函数卷积以获得所述squid系统的涡流响应和所述单面导电金属薄膜的涡流响应信号；然后将所述squid系统的输出信号减去所述squid系统的涡流响应信号及所述单面导电金属薄膜的涡流响应信号，获得被测对象的响应信号。

更可选地，所述涡流补偿方法适用于瞬变电磁系统。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种涡流补偿系统，基于上述涡流补偿方法，所述涡流补偿系统至少包括：

squid系统，设置于绝缘支架上，用于获得被测对象的响应信号及涡流响应信号；

激励线圈，套设于所述squid系统的外部，用于产生脉冲磁场；

运算单元，连接于所述squid系统的输出端，并接收用于探测的发射电流，用于进行涡流补偿运算。

可选地，所述绝缘支架的高度不小于10m。

更可选地，所述绝缘支架的材质包括木材。

可选地，所述squid系统包括杜瓦、squid器件及读出电路，所述squid器件浸泡于所述杜瓦中的制冷液体中；所述读出电路设置于所述杜瓦外部，且通过导线与所述squid器件连接。

更可选地，所述制冷液体包括液氦或液氮。

更可选地，所述杜瓦包括无磁杜瓦。

更可选地，所述涡流补偿系统还包括包覆于所述杜瓦外部的多层单面导电金属薄膜。

更可选地，所述单面导电金属薄膜的材质包括铝。

如上所述，本发明的涡流补偿方法及涡流补偿系统，具有以下有益效果：

本发明的涡流补偿方法及涡流补偿系统通过对squid系统的输出信号进行求导，进而获得传输函数，求解方式简单。

本发明的涡流补偿方法及涡流补偿系统采用squid感应被测对象的响应，基于squid的带宽较大，对脉冲信号的响应也高，可大大提高系统的准确性。

本发明的涡流补偿方法及涡流补偿系统既可以补偿系统本身的涡流，也可以补偿squid系统外围包覆的多层单面导电金属薄膜的涡流，大大提高系统稳定性。

附图说明

图1显示为本发明的涡流补偿系统的结构示意图。

图2显示为本发明的涡流补偿系统的流程示意图。

图3显示为本发明的激励信号、squid系统的输出信号及卷积解在一个周期内的归一化幅值示意图。

图4显示为图3上升沿的局部放大示意图。

元件标号说明

1涡流补偿系统

11绝缘支架

12squid系统

121杜瓦

122squid器件

123读出电路

13激励线圈

14运算单元

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种用于涡流补偿的系统1，所述涡流补偿系统1包括：

绝缘支架11、squid系统12、激励线圈13及运算单元14。

如图1所示，所述绝缘支架11用于放置所述squid系统12。

具体地，在本实施例中，所述绝缘支架11的材质为木材，在实际使用中，任意对被测对象的响应不产生影响、不产生涡流的材质均适用本发明，在此不一一赘述。所述绝缘支架11的高度设置以减小或避免大地磁场对探测结果的影响为准，在本实施例中，所述绝缘支架的高度设置为不小于10m，所述绝缘支架11的高度越高，大地磁场对探测结果的影响越小，但是成本越高，在权衡准确性和成本的基础上高度优选为15m、20m。

如图1所示，所述squid系统12设置于绝缘支架11上，用于获得被测对象的响应信号及涡流响应信号。

具体地，所述squid系统12包括杜瓦121、squid器件122及读出电路123。

更具体地，所述杜瓦121为一密闭的罐体，用于储存、运输低温液态气体。在本实施例中，所述杜瓦121中容置制冷液体，包括但不限于液氮及液氦。为了避免所述杜瓦121的罐体材料的磁性对磁场检测的影响，在本实施例中，所述杜瓦121优选为无磁杜瓦。

更具体地，所述squid器件122浸泡于所述杜瓦121中的制冷液体中，在本实施例中，所述squid器件122为squid三轴磁强计，用于探测三个轴向的环境磁场波动，所述squid器件122包括三个squid磁强计，各squid磁强计分别设置于一正立方体的前表面、上表面及左表面上(三个相互垂直的表面)；各squid磁强计为一个圆环，所述squid磁强计由超导材料制成，用于将检测到的磁强计信号转换为电压信号。在实际应用中，任意可实现磁检测的squid器件均适用于本发明，不限于本实施例。

更具体地，所述读出电路123设置于所述杜瓦121外部，所述读出电路123的输入端通过导线连接所述squid器件122的输出端，用于读出所述squid器件122检测到的信号。任意可实现squid器件信号读出的电路均适用于本发明，在此不一一列举。

如图1所示，所述激励线圈13套设于所述squid系统12的外部，用于产生脉冲磁场。

具体地，所述激励线圈13靠近所述squid系统12中杜瓦121的外侧壁，可以与所述杜瓦121的外侧壁贴合，也可以与所述杜瓦121的外侧壁保持一定间距，以不激发大地产生涡流为准，具体数值在此不一一限定。当所述激励线圈13接收到激励信号后会产生一脉冲磁场。

如图1所示，所述运算单元14连接于所述squid系统12的输出端，并接收用于探测的发射电流，用于进行涡流补偿运算。

具体地，所述运算单元14获取所述squid系统12的输出信号及用于探测的发射电流，对所述squid系统12的输出信号进行求导运算以得到传输函数，再将所述发射电流与所述传输函数进行卷积运算得到系统涡流响应信号，最后将所述squid系统12的输出信号减去所述系统涡流响应信号以得到被测对象的响应信号，实现涡流补偿。在本实施例中，所述运算单元14包括求导模块、卷积模块及减法模块(图中未显示)，所述求导模块接收所述squid系统12的输出信号，所述卷积模块连接所述发射电流及所述求导模块的输出端，所述减法模块连接所述squid系统12的输出信号及所述卷积模块的输出端。任意可实现上述运算的电路结构或软件运算模块均适用于本发明，在此不一一赘述。

作为本实施例的一种实现方式，所述涡流补偿系统1还包括包覆于所述杜瓦121外部的多层单面导电金属薄膜(图中未显示)。所述单面导电金属薄膜的材质包括但不限于铝，所述单面导电金属薄膜粘贴在所述杜瓦121的外表面，用于防止高频信号干扰，增加系统的稳定性。所述单面导电金属薄膜的层数可根据需要设定，在本实施例中，所述杜瓦121的外表面粘贴不小于40层所述单面导电金属薄膜。

实施例二

如图2所示，本发明提供一种涡流补偿方法，所述涡流补偿方法包括：

1)设置squid系统12，使所述squid系统12不受干扰源的干扰。

具体地，在本实施例中，搭建绝缘支架11，将所述绝缘支架11设置于远离干扰源的地方，所述干扰源包括但不限于大地磁场、工频噪声或金属物。其中，通过设置所述绝缘支架11的高度来使所述squid系统12远离大地磁场的干扰，通过选择所述绝缘支架11设置的地理位置来使所述squid系统12远离工频噪声或金属物等的干扰，工频噪声包括但不限于设置于所述绝缘支架附近的电线(远离工频噪声以提高信噪比)，金属物包括但不限于汽车、建筑物(远离金属物以避免产生涡流效应，避免影响卷积结果)。

需要说明的是，本实施例基于实施例一所述的涡流补偿系统1实现，在实际应用中，所述squid系统12可通过任意方式设置于远离干扰源的地方，不限制于本实施例所列举的绝缘支架11。

需要说明的是，所述squid器件122需通过多通道的所述读出电路123调试工作点，设置完工作点后方可正常工作，具体调试方法在此不一一赘述。

2)对所述squid系统12外围的激励线圈13施加激励信号，产生脉冲磁场，获取所述squid系统12的输出信号。

具体地，如图1所示，对所述激励线圈13施加激励信号，在本实施例中，所述激励信号为阶跃信号，包括但不限于脉冲信号，以此产生脉冲磁场。在所述脉冲磁场及被测磁场下，所述squid器件122检测到被测对象的响应信号及所述squid系统12的涡流响应信号(两个响应信号混在一起)，所述squid系统12输出相应信号。

3)对所述squid系统12的输出信号进行求导，获得传输函数。

具体地，所述运算单元14获取所述squid系统12的输出信号，并对此进行求导运算，进而获得所述传输函数。求导运算步骤简单，大大减少计算量。

4)将用于探测的发射电流和所述传输函数进行卷积，获得所述squid系统12的涡流响应信号。

具体地，所述运算单元14获取所述发射电流及所述传输函数，并对此进行卷积运算，进而获得所述squid系统12的涡流响应信号。

5)将所述squid系统12的输出信号减去所述squid系统12的涡流响应信号，获得被测对象的响应信号。

具体地，所述运算单元14获取所述squid系统12的输出信号及所述squid系统12的涡流响应信号，将所述squid系统12的输出信号(被测对象的响应信号及所述squid系统12的涡流响应信号)减去所述squid系统12的涡流响应信号，进而获得被测对象的响应信号。

如图3所示为采用本发明的方法获得的激励信号、squid系统的输出信号及卷积解在一个周期内的归一化幅值，其中，下半周期只有卷积解(预测值)，如图4所示为图3上升沿的放大图，可见，squid系统的输出信号与卷积解基本重合，测量准确性高。

需要说明的是，所述涡流补偿方法适用于地球物理勘探的瞬变电磁系统，也适用于其它需要进行涡流补偿的系统，在此不一一赘述。

由于本发明对涡流进行补偿，可还原实际被测对象的响应信号，进而获得准确的测量结果。

实施例三

本实施例提供一种涡流补偿方法，与实施例二的不同之处在于，本实施例还补偿了单面导电金属薄膜的涡流。

具体地，当所述squid系统12外围包覆多层单面导电金属薄膜时：2)中所述squid系统12检测到被测对象的响应信号、所述squid系统12的涡流响应信号及所述单面导电金属薄膜的涡流响应信号(三个响应信号混在一起)；4)中卷积运算后获得的是所述squid系统12的涡流响应和所述单面导电金属薄膜的涡流响应信号；5)中将所述squid系统12的输出信号减去所述squid系统12的涡流响应信号及所述单面导电金属薄膜的涡流响应信号，获得被测对象的响应信号。

如果将系统作为一个整体，配合激励线圈和木制支架，求得其传输函数，则可以基于卷积获得不同发射磁场下激发的涡流信号，数据处理阶段进行人为抵扣，可得到大地的真实响应。

本技术可以应用于瞬变电磁系统中，可消除系统本身金属部分对探测结果的影响。该技术也可以应用于其他需要涡流补偿的场合。

综上所述，本发明提供一种涡流补偿方法及涡流补偿系统，包括：设置squid系统，使所述squid系统不受干扰源的干扰；对所述squid系统外围的激励线圈施加激励信号，产生脉冲磁场，获取所述squid系统的输出信号；对所述squid系统的输出信号进行求导，获得传输函数；将用于探测的发射电流和所述传输函数卷积，获得所述squid系统的涡流响应信号；将所述squid系统的输出信号减去所述squid系统的涡流响应信号，获得被测对象的响应信号。squid系统设置于绝缘支架上，用于获得被测对象的响应信号及涡流响应信号；激励线圈套设于所述squid系统的外部，用于产生脉冲磁场；运算单元连接于所述squid系统的输出端，并接收用于探测的发射电流，用于进行涡流补偿运算。本发明的涡流补偿方法及涡流补偿系统通过对squid系统的输出信号进行求导，进而获得传输函数，求解方式简单；且本发明采用squid感应被测对象的响应，基于squid的带宽较大，对脉冲信号的响应也高，可大大提高系统的准确性；同时，本发明既可以补偿系统本身的涡流，也可以补偿squid系统外围包覆的多层单面导电金属薄膜的涡流，大大提高系统稳定性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。