一种双发射线圈瞬变电磁组合装置[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 111965715 A(43)申请公布日 2020.11.20

(21)申请号 202010806755.6(22)申请日 2020.08.12

(71)申请人 武汉地大华睿地学技术有限公司

地址 430074 湖北省武汉市东湖新技术开

发区佛祖岭一路19号武汉中地大科技园一期3栋3层A号(72)发明人 梁庆九　

(74)专利代理机构 北京轻创知识产权代理有限

公司 11212

代理人 姜展志(51)Int.Cl.

G01V 3/10(2006.01)

权利要求书1页 说明书4页 附图4页

CN 111965715 A(54)发明名称

一种双发射线圈瞬变电磁组合装置(57)摘要

本发明涉及一种双发射线圈瞬变电磁组合装置，包括正发射线圈、反发射线圈、接收线圈、发射机和接收机；正发射线圈和反发射线圈均与发射机电连接，接收线圈与接收机电连接；接收线圈位于正发射线圈内，反发射线圈位于接收线圈内；当发射机给正发射线圈和反发射线圈供电时，正发射线圈和反发射线圈内的电流方向相反，且正发射线圈在接收线圈内产生的磁通量与反发射线圈在接收线圈内产生的磁通量大小相等且方向相反。在本发明中，正发射线圈和反发射线圈在接收线圈内产生的总磁通量为零，可以消除常规接收线圈一次场和二次场的混叠现象，减小互感的影响，使得观测的瞬变电磁信号符合实际规律。

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权　利　要　求　书

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1.一种双发射线圈瞬变电磁组合装置，其特征在于：包括正发射线圈、反发射线圈、接收线圈、发射机和接收机；所述正发射线圈和所述反发射线圈均与所述发射机电连接，所述接收线圈与所述接收机电连接；所述接收线圈位于所述正发射线圈内，所述反发射线圈位于所述接收线圈内；当所述发射机给所述正发射线圈和所述反发射线圈供电时，所述正发射线圈和所述反发射线圈内的电流方向相反，且所述正发射线圈在所述接收线圈内产生的磁通量与所述反发射线圈在所述接收线圈内产生的磁通量大小相等且方向相反。

2.根据权利要求1所述的双发射线圈瞬变电磁组合装置，其特征在于：所述正发射线圈、所述反发射线圈和所述接收线圈共面,且所述正发射线圈包围所述接收线圈，所述接收线圈包围所述反发射线圈。

3.根据权利要求1所述的双发射线圈瞬变电磁组合装置，其特征在于：所述正发射线圈、所述反发射线圈和所述接收线圈不共面，且所述正发射线圈、所述反发射线圈和所述接收线圈在垂直方向上的投影仍是相互包围，且所述正发射线圈的投影包围所述接收线圈的投影，所述接收线圈的投影包围所述反发射线圈的投影。

4.根据权利要求1至3任一项所述的双发射线圈瞬变电磁组合装置，其特征在于：所述正发射线圈、所述反发射线圈和所述接收线圈均为周长可调的线圈。

5.根据权利要求1至3任一项所述的双发射线圈瞬变电磁组合装置，其特征在于：所述正发射线圈、所述反发射线圈和所述接收线圈均为匝数可调的线圈。

6.根据权利要求1至3任一项所述的双发射线圈瞬变电磁组合装置，其特征在于：所述正发射线圈、所述反发射线圈和所述接收线圈为形状相同或不同的闭合线圈。

7.根据权利要求1至3任一项所述的双发射线圈瞬变电磁组合装置，其特征在于：所述正发射线圈、所述反发射线圈和所述接收线圈的轴心相同。

8.根据权利要求1至3任一项所述的双发射线圈瞬变电磁组合装置，其特征在于：所述正发射线圈、所述反发射线圈和所述接收线圈的轴心不相同。

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一种双发射线圈瞬变电磁组合装置

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技术领域

[0001]本发明涉及瞬变电磁设备，具体涉及一种双发射线圈瞬变电磁组合装置。背景技术

[0002]瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Methods,TEM)又称为时间域电磁法，是一种常用的物理勘探方法，该方法工作原理是向接地导线或者不接地回线通入变化的电流，向探测区域发射一次场，目标地质体在一次场的作用下产生感应电流，随之产生二次场。在实际工作中，常常在一次场间隙时间来观测二次场。该方法主要应用在工程地质勘察、金属矿勘察、煤矿勘察等领域。现有的线圈大多采用重叠回线线圈，互感较强，特别是早期，感应电动势与二次场电动势叠加，测量曲线不符合二次场的电磁规律，因此实际使用效果与实际地质情况不符。

发明内容

[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种双发射线圈瞬变电磁组合装置，可以消除常规接收线圈一次场和二次场混叠现象，减小互感影响，使得观测的瞬变电磁信号符合实际电磁规律。

[0004]本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种双发射线圈瞬变电磁组合装置，包括正发射线圈、反发射线圈、接收线圈、发射机和接收机；所述正发射线圈和所述反发射线圈均与所述发射机电连接，所述接收线圈与所述接收机电连接；所述接收线圈位于所述正发射线圈内，所述反发射线圈位于所述接收线圈内；当所述发射机给所述正发射线圈和所述反发射线圈供电时，所述正发射线圈和所述反发射线圈内的电流方向相反，且所述正发射线圈在所述接收线圈内产生的磁通量与所述反发射线圈在所述接收线圈内产生的磁通量大小相等且方向相反。

[0005]本发明的有益效果是：在本发明一种双发射线圈瞬变电磁组合装置中，正发射线圈和反发射线圈在接收线圈内产生的总磁通量为零，可以消除常规接收线圈一次场和二次场的混叠现象，减小互感的影响，使得观测的瞬变电磁信号符合实际规律；另外，将接收线圈置于正发射线圈与反发射线圈之间，相较于接收线圈置于最内圈的装置，能够有效增加接收线圈面积，提高感应电压强度，并且反发射线圈在最内圈时，面积较小，在探测区域产生的反一次场也较小，从而提高了探测区域总一次场强度，因此本装置相比其他使用补偿线圈的探测装置，具有更高的信噪比。[0006]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。[0007]进一步，所述正发射线圈、所述反发射线圈和所述接收线圈共面,且所述正发射线圈包围所述接收线圈，所述接收线圈包围所述反发射线圈。[0008]采用上述进一步方案的有益效果是：正发射线圈、反发射线圈和接收线圈共面设置，空间利用率较高，体积更小更加轻便，适合在矿井巷道等狭小空间内使用。[0009]进一步，所述正发射线圈、所述反发射线圈和所述接收线圈不共面，且所述正发射

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线圈、所述反发射线圈和所述接收线圈在垂直方向上的投影仍是相互包围，且所述正发射线圈的投影包围所述接收线圈的投影，所述接收线圈的投影包围所述反发射线圈的投影。[0010]进一步，所述正发射线圈、所述反发射线圈和所述接收线圈均为周长可调的线圈。[0011]进一步，所述正发射线圈、所述反发射线圈和所述接收线圈均为匝数可调的线圈。[0012]进一步，所述正发射线圈、所述反发射线圈和所述接收线圈为形状相同或不同的闭合线圈。

[0013]采用上述进一步方案的有益效果是：正发射线圈、反发射线圈和接收线圈的周长可调、形状和调、匝数可调，能够适应不同深度的勘探需求。[0014]进一步，所述正发射线圈、所述反发射线圈和所述接收线圈的轴心相同。[0015]进一步，所述正发射线圈、所述反发射线圈和所述接收线圈的轴心不相同。[0016]采用上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，正发射线圈、反发射线圈和接收线圈只需相互包围，无需共用一个轴心，可以自由布设，仅保证正发射线圈和反发射线圈内的电流方向相反，接收线圈内的总磁通量为零或近似为零，即可满足实际工作的需要。附图说明

[0017]图1为本发明一种双发射线圈瞬变电磁组合装置第一种结构示意图；[0018]图2为本发明一种双发射线圈瞬变电磁组合装置第二种结构示意图；[0019]图3为本发明一种双发射线圈瞬变电磁组合装置第三种结构示意图；[0020]图4为本发明一种双发射线圈瞬变电磁组合装置第四种结构示意图；[0021]图5为本发明一种双发射线圈瞬变电磁组合装置第五种结构示意图；[0022]图6为本发明一种双发射线圈瞬变电磁组合装置第六种结构示意图；[0023]图7为补偿前后的实测数据曲线图。[0024]附图中，各标号所代表的部件列表如下：[0025]1、反发射线圈，2、接收线圈，3、正发射线圈。

具体实施方式

[0026]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。[0027]如图1至图6所示，一种双发射线圈瞬变电磁组合装置，包括正发射线圈3、反发射线圈1、接收线圈2、发射机和接收机；所述正发射线圈3和所述反发射线圈1均与所述发射机电连接，所述接收线圈2与所述接收机电连接；所述接收线圈2位于所述正发射线圈3内，所述反发射线圈1位于所述接收线圈2内；当所述发射机给所述正发射线圈3和所述反发射线圈1供电时，所述正发射线圈3和所述反发射线圈1内的电流方向相反，且所述正发射线圈3在所述接收线圈2内产生的磁通量与所述反发射线圈1在所述接收线圈2内产生的磁通量大小相等且方向相反。

[0028]在本具体实施例中：[0029]优选的，所述正发射线圈3、所述反发射线圈1和所述接收线圈2共面,且所述正发射线圈3包围所述接收线圈2，所述接收线圈2包围所述反发射线圈1。正发射线圈3、反发射线圈1和接收线圈2共面设置，空间利用率较高，体积更小更加轻便，适合在矿井巷道等狭小

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空间内使用。

[0030]优选的，所述正发射线圈3、所述反发射线圈1和所述接收线圈2不共面，且所述正发射线圈3、所述反发射线圈1和所述接收线圈2在垂直方向上的投影仍是相互包围，且所述正发射线圈3的投影包围所述接收线圈2的投影，所述接收线圈2的投影包围所述反发射线圈1的投影。

[0031]优选的，所述正发射线圈3、所述反发射线圈1和所述接收线圈2均为周长可调的线圈。

[0032]优选的，所述正发射线圈3、所述反发射线圈1和所述接收线圈2均为匝数可调的线圈。

[0033]优选的，所述正发射线圈3、所述反发射线圈1和所述接收线圈2为形状相同或不同的闭合线圈。在图1中，正发射线圈3、反发射线圈1和接收线圈2均为圆形；在图2中，正发射线圈3、反发射线圈1和接收线圈2均为正方形；在图3中，正发射线圈3、反发射线圈1和接收线圈2均为正六边形；在图4中，正发射线圈3和接收线圈2为正方形，反发射线圈1为圆形；在图5中，正发射线圈3为正方形，接收线圈2和反发射线圈1为圆形；在图6中，正发射线圈3和反发射线圈1为正方形，接收线圈2为圆形；另外，正发射线圈3、反发射线圈1和接收线圈2的形状可以均不相同。正发射线圈3、反发射线圈1和接收线圈2的周长可调、形状和调、匝数可调，能够适应不同深度的勘探需求。[0034]优选的，所述正发射线圈3、所述反发射线圈1和所述接收线圈2的轴心相同。[0035]优选的，所述正发射线圈3、所述反发射线圈1和所述接收线圈2的轴心不相同。在本发明中，正发射线圈3、反发射线圈1和接收线圈2只需相互包围，无需共用一个轴心，可以自由布设，仅保证正发射线圈3和反发射线圈1内的电流方向相反，接收线圈2内的总磁通量为零或近似为零，即可满足实际工作的需要。[0036]在实施例中，正发射线圈3由n3匝线圈缠绕构成，面积为S3，周长为C3，通入电流为I3；反发射线圈1由n1匝线圈缠绕构成，面积为S1，周长为C1，通入电流为I1；接收线圈2由n2匝线圈缠绕构成，面积为S2。

[0037]根据Biot-Savart定律推导接收线圈内任意一点的磁感应强度：

[0038][0039]

其中，μdk是发射线圈上的线元矢量；l是接收线圈平面内积分点0是真空磁导率，

到发射线圈线元矢量dk之间的矢量距离，n为发射线圈匝数。[0040]正发射线圈3在接收线圈2内产生的磁通量为：

[0041]

[0042][0043][0044]

反发射线圈1在接收线圈2内产生的磁通量为：

接收线圈2产生的一次场感应电压为：

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[0045][0046]

为了使接收线圈2的一次场感应电压约为0，必须保证接收线圈2内部一次场变化

此时接收线圈2内的总磁通量等于0(或约等于

率为0或约为0，即在接收线圈2内有：

0)，也就是说在接收线圈2中的总磁场约等于0。因此本装置可调节正发射线圈3、反发射线

圈1通入电流大小、匝数、周长，以及接收线圈2面积达到总磁场等于0或约等于0的目的。[0047]图7为补偿前后的实测数据曲线图，在图7中，位于右上的一束曲线为补偿前的实测数据，位于左下的一束曲线为补偿后的实测数据，由此对比可知，本发明提供一种双发射线圈瞬变电磁组合装置，可以消除常规接收线圈一次场和二次场混叠现象，减小互感影响，使得观测的瞬变电磁信号符合实际电磁规律。[0048]本发明通过调节接收线圈2、正发射线圈3和反发射线圈1的面积，匝数和电流大小，可使接收线圈2上实现一次场磁通量的抵消，消除常规接收线圈一次场和二次场混叠现象；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，解决了接收弱二次信号困难的问题；同时整体工作装置更为小巧，使用方便；使用固定支架后无需调节，测量效果精准可靠。

[0049]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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