小尺寸TEM非共面偏心自补偿零耦合收发技术研究
发布时间：2021-03-01 05:35
发射线圈对接收回路的耦合影响,是导致瞬变电磁（TEM）早期信号失真、浅层盲区大的主要因素之一,对于多匝小尺寸线圈结构,耦合影响更为严重。针对这一问题,提出了一种小尺寸TEM非共面偏心自补偿零耦合收发技术。该技术采用收发线圈非共面偏心的思路设计了一次场自补偿系统,非共面结构实现发射线圈与接收线圈的弱耦合,并基于互感理论获得二者的最佳相对偏心位置,以消除一次场干扰。对基于导电环异常体的探测模型进行实验仿真,结果表明新结构系统在收发线圈±2 mm尺寸误差内,能够忽略一次场的影响,对物理尺寸误差的容忍度较高,易于实现零耦合状态。最后,采用串连法对设计的非共面偏心自补偿TEM系统进行了实测实验,测试结果与理论分析一致,进一步验证新结构性能。研究可为小尺寸TEM系统获得纯二次场信号、提高浅层探测性能奠定理论基础。
【文章来源】：仪器仪表学报. 2020,41(08)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
弱耦合TEM线圈结构
为消除收发线圈的耦合影响,本文提出一种基于偏心自补偿的零耦合小尺寸紧凑型TEM结构优化设计方案,整体结构如图2(a)所示。新TEM装置使用双层结构,利用接收线圈感应到的发射线圈内部一次场磁通量为正值,而感应到的发射线圈外部磁通量为负值,两者自动抵消,通过调节接收线圈与发射线圈的水平相对位置,可以使接收线圈感应到的一次场近乎为0,从而消除接收线圈与发射线圈的耦合作用。这种将接收线圈放置在发射线圈偏心位置、实现一次场抵消的思路,是源于航空电磁SkyTEM系统[17]。航空电磁系统,可以通过飞到较高的空中,先获取包括一次场的背景噪声,然后,在采集的数据中减去背景噪声,达到获得纯二次场的目的。而地面TEM系统,无法采用获取背景噪声相减的方式消除一次场干扰,且其尺寸更小、匝数更多,因此地面TEM对去耦效果的要求更严格,难度也更大。1.1 收发天线相对垂直高度选择
以单匝发射线圈、发射半径R=0.5 m,单匝接收线圈、接收半径r=0.125 m,发射电流强度I=10 A、电流方向为逆时针的模型参数为例进行理论计算,分析计算H为0.02、0.1、0.2和0.3 m不同平面位置的一次场分布,结果如图3所示。图3(a)为H=0.02 m平面处z方向磁感应强度,发射线圈内外磁感应强度方向相反,线圈中心位置磁感应强度较弱、变化平坦,而靠近发射线圈附近处的磁感应强度较强,且变化剧烈,最大值为5.912×10-5 T;同理,与H=0.02 m平面处z方向的磁感应强度分布规律类似,图3(b)为H=0.1 m平面处z方向磁感应强度,磁感应强度的最大值为1.635×10-5 T;图3(c)为H=0.2 m平面处z方向磁感应强度,靠近发射线圈附近处的磁感应强度明显变弱,且变化较为平缓,其最大值为1.031×10-5 T。而图3(d)为H=0.3 m平面处z方向的磁感应强度在发射线圈处更弱、变化也更为平缓,最大值为7.923×10-6 T。通过计算不同高度平面z方向的一次场分布,可以看出,随着平面高度的升高,不仅磁感应强度的最大值逐步衰减,而且磁场变化程度也愈加平缓。为更直观观察一次场在不同高度的分布规律,将图3的三维图转换为平面图,分析上述4种高度下磁感应强度随x轴方向的分布,如图4所示。可以发现,远离发射线位置磁感应强度较弱,接近发射线位置(x=±0.5 m)磁感应强度正负交变,高度H=0.02 m平面变化最为剧烈,但随着H升高,一次场变化剧烈程度明显减弱。因此,把接收线圈放置于x=±0.5 m附近时,接收线圈将感应到正、反2个方向的发射磁场,通过理论计算寻找一个相对水平位置,可以使得发射线圈与接收线圈的互感为0,即可实现零耦合。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于杂散电感的瞬变电磁发射电流关断特性研究[J]. 乔流,刘丽华,耿智,刘雷松. 电子测量技术. 2019(11)
[2]一种新型瞬变电磁发射机快速关断电路设计[J]. 王广君,闵德顺. 工矿自动化. 2016(11)
[3]基于等值反磁通原理的浅层瞬变电磁法[J]. 席振铢,龙霞,周胜,黄龙,宋刚,侯海涛,王亮. 地球物理学报. 2016(09)
[4]瞬变电磁传感器阻尼特性的标定研究[J]. 张爽,刘紫秀,陈曙东. 地球物理学报. 2014(02)
[5]阻尼系数对瞬变电磁观测信号的影响特征[J]. 王华军. 地球物理学报. 2010(02)
[6]瞬变电磁法中关断电流的响应计算与校正方法研究[J]. 杨海燕,岳建华. 地球物理学进展. 2008(06)
[7]WTEM高速关断瞬变电磁探测系统[J]. 付志红,赵俊丽,周雒维,罗强,苏向丰. 仪器仪表学报. 2008(05)
[8]瞬变电磁法理论与应用研究进展[J]. 薛国强,李貅,底青云. 地球物理学进展. 2007(04)
[9]全程瞬变电磁系统的浅层探测实验研究[J]. 王忠,嵇艳鞠,林君,于生宝,周国华. 吉林大学学报(地球科学版). 2005(S1)
[10]瞬变电磁法中两种关断电流对响应函数的影响及其应对策略[J]. 白登海,Maxwell Meju. 地震地质. 2001(02)
博士论文
[1]浅层高分辨率全程瞬变电磁系统中全程二次场提取技术研究[D]. 嵇艳鞠.吉林大学 2004
本文编号：3057026
【文章来源】：仪器仪表学报. 2020,41(08)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
弱耦合TEM线圈结构
为消除收发线圈的耦合影响,本文提出一种基于偏心自补偿的零耦合小尺寸紧凑型TEM结构优化设计方案,整体结构如图2(a)所示。新TEM装置使用双层结构,利用接收线圈感应到的发射线圈内部一次场磁通量为正值,而感应到的发射线圈外部磁通量为负值,两者自动抵消,通过调节接收线圈与发射线圈的水平相对位置,可以使接收线圈感应到的一次场近乎为0,从而消除接收线圈与发射线圈的耦合作用。这种将接收线圈放置在发射线圈偏心位置、实现一次场抵消的思路,是源于航空电磁SkyTEM系统[17]。航空电磁系统,可以通过飞到较高的空中,先获取包括一次场的背景噪声,然后,在采集的数据中减去背景噪声,达到获得纯二次场的目的。而地面TEM系统,无法采用获取背景噪声相减的方式消除一次场干扰,且其尺寸更小、匝数更多,因此地面TEM对去耦效果的要求更严格,难度也更大。1.1 收发天线相对垂直高度选择
以单匝发射线圈、发射半径R=0.5 m,单匝接收线圈、接收半径r=0.125 m,发射电流强度I=10 A、电流方向为逆时针的模型参数为例进行理论计算,分析计算H为0.02、0.1、0.2和0.3 m不同平面位置的一次场分布,结果如图3所示。图3(a)为H=0.02 m平面处z方向磁感应强度,发射线圈内外磁感应强度方向相反,线圈中心位置磁感应强度较弱、变化平坦,而靠近发射线圈附近处的磁感应强度较强,且变化剧烈,最大值为5.912×10-5 T;同理,与H=0.02 m平面处z方向的磁感应强度分布规律类似,图3(b)为H=0.1 m平面处z方向磁感应强度,磁感应强度的最大值为1.635×10-5 T;图3(c)为H=0.2 m平面处z方向磁感应强度,靠近发射线圈附近处的磁感应强度明显变弱,且变化较为平缓,其最大值为1.031×10-5 T。而图3(d)为H=0.3 m平面处z方向的磁感应强度在发射线圈处更弱、变化也更为平缓,最大值为7.923×10-6 T。通过计算不同高度平面z方向的一次场分布,可以看出,随着平面高度的升高,不仅磁感应强度的最大值逐步衰减,而且磁场变化程度也愈加平缓。为更直观观察一次场在不同高度的分布规律,将图3的三维图转换为平面图,分析上述4种高度下磁感应强度随x轴方向的分布,如图4所示。可以发现,远离发射线位置磁感应强度较弱,接近发射线位置(x=±0.5 m)磁感应强度正负交变,高度H=0.02 m平面变化最为剧烈,但随着H升高,一次场变化剧烈程度明显减弱。因此,把接收线圈放置于x=±0.5 m附近时,接收线圈将感应到正、反2个方向的发射磁场,通过理论计算寻找一个相对水平位置,可以使得发射线圈与接收线圈的互感为0,即可实现零耦合。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于杂散电感的瞬变电磁发射电流关断特性研究[J]. 乔流,刘丽华,耿智,刘雷松. 电子测量技术. 2019(11)
[2]一种新型瞬变电磁发射机快速关断电路设计[J]. 王广君,闵德顺. 工矿自动化. 2016(11)
[3]基于等值反磁通原理的浅层瞬变电磁法[J]. 席振铢,龙霞,周胜,黄龙,宋刚,侯海涛,王亮. 地球物理学报. 2016(09)
[4]瞬变电磁传感器阻尼特性的标定研究[J]. 张爽,刘紫秀,陈曙东. 地球物理学报. 2014(02)
[5]阻尼系数对瞬变电磁观测信号的影响特征[J]. 王华军. 地球物理学报. 2010(02)
[6]瞬变电磁法中关断电流的响应计算与校正方法研究[J]. 杨海燕,岳建华. 地球物理学进展. 2008(06)
[7]WTEM高速关断瞬变电磁探测系统[J]. 付志红,赵俊丽,周雒维,罗强,苏向丰. 仪器仪表学报. 2008(05)
[8]瞬变电磁法理论与应用研究进展[J]. 薛国强,李貅,底青云. 地球物理学进展. 2007(04)
[9]全程瞬变电磁系统的浅层探测实验研究[J]. 王忠,嵇艳鞠,林君,于生宝,周国华. 吉林大学学报(地球科学版). 2005(S1)
[10]瞬变电磁法中两种关断电流对响应函数的影响及其应对策略[J]. 白登海,Maxwell Meju. 地震地质. 2001(02)
博士论文
[1]浅层高分辨率全程瞬变电磁系统中全程二次场提取技术研究[D]. 嵇艳鞠.吉林大学 2004
本文编号：3057026
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/dqwllw/3057026.html
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