CN103499841B - 巷孔瞬变电磁装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种巷孔瞬变电磁装置及测量方法，该装置包括发射装置和接收装置，两者分置且分别与主机连接；将钻孔、巷道作为一个整体，测量时发射、接收装置分置其中，主机控制发射、接收装置时间同步，运用瞬变电磁方法对异常体进行测量。本发明测量时更靠近于异常体，受人为导体影响小，信噪比高；发射线圈置于巷道中，相对于狭小的钻孔空间，可加大发射线圈的匝数、边长等参数，提高发射磁矩，互感系数几乎为零；有效降低巷道瞬变电磁非接触式探测的体积效应影响；多分量接收线圈设计，其组合形式可多样，如采用PCB接收线圈形式，可增大有效接收面积，提高探测半径，从而能有效获得钻孔周围一定范围内的地质体信息，提高对异常体的判别精度。
Description
技术领域
本发明涉及地球物理勘探装置及测量方法领域，特别是一种巷孔瞬变电磁装置及测量方法。
背景技术
瞬变电磁法（TEM）是近年来勘探领域发展较快的一种重要方法，相对于其他地球物理方法而言，它具有探测深度大、分辨率高、信息丰富等优点，其应用范围涉及地矿、石油、水利等各个领域。矿井TEM工作方式多种多样，如重叠回线装置、中心回线装置、孔内发射接收装置等，它们都有其各自的优缺点，缺点主要体现在以下几个方面：重叠或中心回线装置分辨率相对较低，且暴露于矿井中，受矿井中各种采掘设备、通风设备等人文环境的干扰，严重影响了仪器的探测精度和准确性；钻孔瞬变装置由于在孔内发射，其缺点是一般发射磁矩小，勘探深度较小。目前地下工程探测中，主要依靠钻探与物探方法对灾害进行探查。钻探具有“一孔之见”的局限性；而地下空间瞬变电磁方法受到体积效应影响，非接触式探测地质异常体精度有限，特别是探测较远距离异常体时，因此，结合钻探、物探特点，提出巷孔瞬变电磁探测十分必要。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提出一种在巷道钻孔孔口进行多匝大线圈发射，在钻孔中进行多匝小线圈接收，运用瞬变电磁方法对钻孔周围异常体进行有效探测的巷孔瞬变电磁装置及测量方法，从而达到抗干扰能力强、发射磁矩大、探测精度高等目的。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：巷孔瞬变电磁装置，包括发射装置和接收装置，两者分置且分别与主机连接；所述发射装置包括依次连接的多频发射器、发射线圈、第一A/D采集单元和第一现场可编程逻辑单元（以下简称第一FPGA），经第一接口与主机连接；所述接收装置包括依次连接的接收线圈、第二A/D采集单元和第二现场可编程逻辑单元（以下简称第二FPGA），经第二接口与主机连接；所述主机对发射、接收装置进行时间同步、参数设置和对收到的数据进行显示及预处理。
所述第一FPGA还接入第一随机存储器（以下简称第一RAM），所述第一RAM将第一FPGA处理的数据进行存储，再用其读出后经第一接口存入主机。所述发射线圈由激励电源供电。
所述第二FPGA还分别接入第二随机存储器（以下简称第二RAM）和用于实时记录接收装置角度信息的电子罗盘。
所述接收线圈可为单或多分量接收线圈、单或多分量接收探头，各个分量接收线圈或分量接收探头分别固定在基座的其中一个面上。所述单或多分量接收线圈采用PCB接收线圈。
所述第一、二接口采用RS485或网络接口。
本发明的另一目的是提供该装置的瞬变电磁测量方法，包括以下步骤：
（1）将发射装置放置于巷道中，其中，发射线圈的法线方向平行于钻孔轴线方向；通过PVC管(如Φ50或Φ40)将接收装置送入指定测量钻孔中；
（2）在主机内设置发射、接收参数并给主机下时间同步命令；
（3）通过电子罗盘测量一个分量接收线圈或一个分量接收探头的角度信息，其它线圈的角度按结构关系求出；
（4）用激励电源向发射线圈供电，单/多分量接收线圈通过第二A/D采集单元获取异常体二次场感应信号，将信号送入第一现场可编程逻辑单元并存入第一随机存储器，并用第一现场可编程逻辑单元读出第一随机存储器数据后，经过RS485或网络接口存入主机，通过主机进行显示及预处理；
（5）在钻孔中，将接收装置通过PVC管(如Φ50或Φ40)送入不同位置，按照上述（3）-（4）步骤进行工作，获取不同深度相应感应信号，形成不同位置的物性信息。
步骤（2）中，所述发射、接收参数为发射频率、发射电压、采样间隔、测道数、叠加次数、采样时间；所述主机对收到的数据进行显示及预处理。
步骤（3）中，所述角度信息为方位角、横滚角及俯、仰角信息。
由上述技术方式可知；本发明将钻孔、巷道作为一个整体，将发射、接收装置分离开，用主机控制发射、接收装置时间同步，运用瞬变电磁方法对异常体进行测量。
本发明的有益效果：相对于巷道装置（如重叠回线装置、中心回线装置），本发明装置更靠近于异常体，且接收装置放置于钻孔中，受人为导体影响小，信噪比高；发射线圈放置于巷道中，相对于十分狭小的钻孔空间，可加大发射线圈的匝数、边长等参数，提高发射磁矩，且发射线圈法线方向垂直于钻孔轴线方向，互感系数几乎为零；的发射、接收装置设计，可有效降低巷道瞬变电磁非接触式探测的体积效应影响；多分量接收线圈设计，其组合形式可多样，如采用PCB接收线圈形式，可增大有效接收面积，提高探测半径，从而能有效获得钻孔周围一定范围内的地质体信息，大大提高异常体判别的精度。
附图说明
图1是本发明原理框图。
图2是本发明实施例一的结构示意图。
图3是本发明实施例一中接收装置结构示意图。
图中，1.巷道，2.发射装置（发射装置的各器件标号：21.多频发射器，22.激励电源，23.发射线圈，24.第一A/D采集单元，25.第一FPGA，26.第一RAM，27.电源A，28.第一接口），3.钻孔，4.接收装置，（接收装置的各器件标号：41.接收线圈42.电子罗盘，43.第二RAM，44.第二A/D采集单元，45.第二FPGA，46.电源B，47.第二接口），5.发射回线电缆，6.基座，7.钻孔深度刻度线，8.发射引线，9.主机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
实施例一：
如图1、图2及图3所示，巷孔瞬变电磁装置包括主机9、及分别与之连接的发射装置2和接收装置4。在测量时发射装置2和接收装置4分别放置于巷道1和钻孔3中。本发明将钻孔、巷道作为一个整体，将发射、接收装置分离开，用主机控制发射、接收装置时间同步，运用瞬变电磁方法对异常体进行测量。
发射装置包括依次连接的多频发射器21、激励电源22、发射线圈23、第一A/D采集单元24、第一FPGA25和第一接口28。第一FPGA还接入第一RAM26和电源A27。激励电源22向发射线圈23供电，电源A27向第一FPGA25供电。
接收装置4包括依次连接的接收线圈41、第二A/D采集单元44、第二FPGA45和第二接口47。第二FPGA还接入电子罗盘42、第二RAM43和电源B46。接入电子罗盘42用于实时记录固定装置的角度信息，如方位角、横滚角及俯仰角等。激励电源22向发射线圈23供电，电源B46向第二FPGA供电。第一接口28和第二接口47均采用RS485或网络接口。接收线圈41采用多分量接收线圈，各分量接收线圈分别固定在基座6的其中一个面上。第二A/D采集单元可根据接收线圈采用的分量的个数确定A/D采集通道的个数。多分量接收线圈的设计，其组合形式可多样，如采用PCB接收线圈形式，可增大有效接收面积，提高探测半径，从而能有效获得钻孔周围一定范围内的地质体信息，提高对异常体的判别精度。
PCB接收线圈是在PCB本体上设有单层或多层布铜经蚀刻形成的线圈，线圈通过串联或并联组合连接构成PCB线圈板，并经连接口接入激发、接收电路中。
在发射和接收装置中，FPGA用于控制A/D采集单元，如控制采样速率、滤波系数等；A/D采集单元将采集的信号送入FPGA进行处理；RAM用于将FPGA处理的数据进行存储，再用FPGA读出后经过RS485接口存入主机。
主机9用于对发射、接收装置进行时间同步、参数设置、对接收到的数据进行显示及预处理等。
实施例二：
与实施例一的不同之处在于接收装置，接收线圈为接收探头，采用三分量形式。也可采用单分量接收探头形式。
实施例三：与实施例一的不同之处在于单分量接收线圈设计，如采用PCB接收线圈形式，可增大有效接收面积，提高探测半径，从而能有效获得钻孔周围一定范围内的地质体信息，大大提高异常体判别的精度。
实施例四：与实施例一的不同之处在于多分量接收线圈平行放置，相应的，固定接收线圈的基座至少有两个面，根据实际工作需要，基座可为四面体、六面体、八面体，甚至更多面体。
巷孔瞬变电磁测量方法，包括以下步骤：
（1）将发射装置放置于巷道中，其中，发射线圈的法线方向平行于钻孔轴线方向；通过PVC管(如Φ50或Φ40)将接收装置送入指定测量钻孔中；
（2）在主机内设置发射、接收参数并给主机下时间同步命令；
（3）通过电子罗盘测量一个分量接收线圈或一个分量接收探头的角度信息，其它线圈的角度按结构关系求出；
（4）用激励电源向发射线圈供电，单/多分量接收线圈通过第二A/D采集单元获取异常体二次场感应信号，将信号送入第一现场可编程逻辑单元并存入第一随机存储器，并用第一现场可编程逻辑单元读出第一随机存储器数据后，经过RS485或网络接口存入主机，通过主机进行显示及预处理；
（5）在钻孔中，将接收装置通过PVC管(如Φ50或Φ40)送入不同位置，按照上述（3）-（4）步骤进行工作，获取不同深度相应感应信号，形成不同位置的物性信息。
上述仅为本发明的实施例而已，对本领域的技术人员来说，本发明有多种更改和变化。凡在本发明的发明思想和原则之内，作出任何修改，等同替换，改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.巷孔瞬变电磁装置，其特征在于：包括发射装置和接收装置，两者分置且分别与主机连接；所述发射装置包括依次连接的多频发射器、发射线圈、第一A/D采集单元和第一现场可编程逻辑单元，经第一接口与主机连接；所述接收装置包括依次连接的接收线圈、第二A/D采集单元和第二现场可编程逻辑单元，经第二接口与主机连接；所述第一现场可编程逻辑单元还接入第一随机存储器，所述第一随机存储器将第一现场可编程逻辑单元处理的数据进行存储，再用其读出后经第一接口存入主机；所述接收线圈为单或多分量接收线圈，或采用单或多分量接收探头，所述多分量接收线圈/探头的各个分量接收线圈/探头分别固定在基座的其中一个面上。
2.根据权利要求1所述的巷孔瞬变电磁装置，其特征在于：所述第二现场可编程逻辑单元还分别接入第二随机存储器和用于实时记录接收装置角度信息的电子罗盘。
3.根据权利要求1所述的巷孔瞬变电磁装置，其特征在于：所述第一、二接口采用RS485或网络接口。
4.根据权利要求1所述的巷孔瞬变电磁装置，其特征在于：所述单或多分量接收线圈采用PCB接收线圈。
5.基于权利要求1-4任一项所述装置的瞬变电磁测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将发射装置放置于巷道中，其中，发射线圈的法线方向平行于钻孔轴线方向；通过直径为40-50mm的PVC管将接收装置送入指定测量钻孔中；
（2）在主机内设置发射、接收参数并给主机下时间同步命令；
（3）通过电子罗盘测量一个分量接收线圈或一个分量接收探头的角度信息，其它线圈的角度按结构关系求出；
（4）用激励电源向发射线圈供电，单/多分量接收线圈通过第二A/D采集单元获取异常体二次场感应信号，将信号送入第一现场可编程逻辑单元并存入第一随机存储器，并用第一现场可编程逻辑单元读出第一随机存储器数据后，经过RS485或网络接口存入主机，通过主机进行显示及预处理；
（5）在钻孔中，将接收装置通过直径为40-50mm的PVC管送入不同位置，按照上述（3）-（4）步骤进行工作，获取不同深度相应感应信号，形成不同位置的物性信息。
6.根据权利要求5所述的瞬变电磁测量方法，其特征在于：步骤（2）中，所述发射、接收参数为发射频率、发射电压、采样间隔、叠加次数、测道数、采样时间，所述主机对收到的数据进行显示及预处理。
7.根据权利要求5所述的瞬变电磁测量方法，其特征在于：步骤（3）中，所述角度信息为方位角、横滚角及俯、仰角信息。
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