近地表空间梯度瞬变电磁粒子群优化反演研究

空间梯度瞬变电磁测量方法利用以发射线圈为对称平面的两个同规格接收线圈信号相减,消除了一次场互感影响,使得早时段瞬变电磁响应得到精确测量,为近地表电性结构层探测提供技术支持.瞬变电磁法一维正演理论研究表明:相比于重叠回线装置,空间梯度瞬变电磁观测模式在早时段(1 ms内)记录具有优势,对近地表30 m深度范围内的介质地电...     

阵列感应测井成像仪线圈系的基础研究

首先利用数值模式匹配方法分别考查存在金属芯棒和介质芯棒时的测井响应，然后计算直耦信号对消所需要的接收线圈的匝数比；最后研究频率、收发线圈距及两接收线圈距对ＡＩＴ阵列感应测井成像仪中线圈系单元的径向探测深度和纵向分辨率的影响，这些结论可为ＡＩＴ阵更单元的设计提供理论依据。     

多道瞬变电磁法(MTEM)技术分析

多道瞬变电磁法(MTEM)具有深度大且探测精度高的特点,是目前电磁法领域研究热点之一。为推进多道瞬变电磁法深部探测系统的研发,对多道瞬变电磁法的技术特点及地球物理机制进行了分析。首先,对多道瞬变电磁法的关键技术进行总结,其特点包括:采用大功率接地源形式;编码发射;多道观测;类地震资料处理。然后,指出多道瞬变电磁法的地球物理实质:多道瞬变电磁法属于近源测深,即通过改变偏移距达到测深目的;接收信号包括系统响应和大地脉冲响应(即含有一次场与二次场的混合场)信号,采用反卷积方法获取大地脉冲响应。最后,针对中国复杂环境下的深部探测,对现有的多道瞬变电磁法提出改进思路:①把二维观测系统改进成三维观测系统,即三维数据采集系统,使其应用性更强且更方便,探测深度大,精度高;②把常规一维拟地震资料简单处理改进成三维拟地震成像解释;③从油气勘探领域拓展到复杂的深部矿产资源领域。     

电性源短偏移距瞬变电磁场扩散规律三维数值模拟

电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)采用近源探测形式,极大地提高了信号强度,目前对电性源短偏移距瞬变电磁响应特征的研究主要基于一维模型,且主要讨论电场E_x分量和磁场H_z分量的响应特征和探测能力,不利于复杂目标体的精细探查。基于以上问题,采用三维时域有限差分法,对电性源短偏移距瞬变电磁场在地层中的扩散规律进行了模拟,并研究了三维异常体对电性源短偏移距瞬变电磁场扩散的影响。结果表明:电场E_x分量的正极值区域主要集中在发射源附近,并随着时间的推移逐渐向下扩散; 电场E_y分量正极值区域和负极值区域分别位于发射源两端,并随着时间的推移逐渐向下、向外扩散; 电场E_z分量在地层分界面产生跃变; 磁场H_x分量正极值区域和负极值区域分别位于发射源两端,并随着时间的推移逐渐向下、向外扩散; 磁场H_y分量上部为负值区域,下部为正值区域,说明H_y分量也会受到返回电流影响; 磁场H_z分量极值区域主要位于发射源下方,并随着时间的推移逐渐向下移动; 对于三维异常体,电场E_x分量和磁场H_y分量的灵敏区域位于异常体上方,而电场E_y分量和磁场H_x分量的灵敏区域位于异常体外部,且分布在异常体四周,磁场H_z分量的灵敏区域位于异常体两侧(靠近发射源和远离发射源位置),说明电性源短偏移距瞬变电磁场的5个分量对三维异常体的灵敏区域不同,不同的分量应选择不同的区域进行观测。     

瞬变电磁法探测盲区深度减少和探测深度增加技术

为解决瞬变电磁法在井下探测时存在探测盲区和探测深度受限等问题,根据瞬变电磁法工作原理,对瞬变电磁法盲区深度减少技术和探测深度增加技术进行研究。在早期信号的基础上,根据最小二乘法原理,将感应电位的衰减曲线借助Matlab工具进行拟合,并在YCS40(A)的软件处理中进行叠加,经4次拟合后,结果较为理想,可减少盲区深度至18 m;通过对瞬变电磁仪线圈边长大小、发射频率和深度系数的对比分析发现,采用2 m发射线圈,通以大电流,调节最低发射频率,提高时深转换系数,可增加TEM探测深度。研究结果可指导井下瞬变电磁法的应用,对确保煤矿企业安全生产具有重要意义。     

直升机时间域航空电磁法补偿线圈

针对直升机时间域航空电磁法接收信号动态范围过大的问题,一般采用同心补偿线圈减弱一次感应磁场的方法.通过建立同心补偿系统磁场分布模型,利用积分方程和非线性回归的方法对地下发射磁通进行了分析,结合补偿线圈对发射磁矩的影响,得出增大补偿线圈会减弱对地下目标体的探测能力;通过分析发射线圈平面下方的纵向磁场,得出增大补偿线圈会降低接收信号的动态范围同时会减弱近区效应.因此,补偿线圈的大小需根据接收线圈、数据采集系统精度以及飞机的飞行高度等因素进行选取.     

矿井瞬变电磁法探测中低阻屏蔽层影响物理模拟研究

基于＂烟圈＂效应理论和物理模拟相似性准则,对井下瞬变电磁法沿探测方向上存在多个低阻体时,物理模拟浅层低阻屏蔽体瞬变电磁响应特征。模拟结果表明,在沿探测方向上浅部存在低阻体或低阻薄层时,深部低阻体的瞬变电磁响应会受到表层的低阻屏蔽而被压制或掩盖,在感应电位多测道剖面图上表现为单一低阻体的响应形态及规律,使得隐伏在浅部低阻干扰体背后的目标体难以识别和分辨。矿井瞬变电磁法在实际探测中应尽可能避开巷道附近存在低阻体或低阻岩层位置,避免无法识别远处低阻目标体响应特征。     

瞬变电磁法浅层分辨率物理模型实验研究

利用物理模型实验,研究了瞬变电磁法对超浅层异常体的探测问题.制作了3套天线装置(重叠回线1、重叠回线2及中心回线),对每一种天线装置分别进行了7个物理模型实验,得到相应的瞬变电磁法多测道剖面图.结果表明:瞬变电磁法响应特征与异常体的尺寸、数量成正比,与异常体的埋深成反比.多匝小回线装置对间距小于边长的两个异常体无法分辨,其分辨率为天线装置边长的2倍.通过改变天线装置尺寸大小及装置类型,瞬变电磁法能对超浅层(小于50cm)异常体进行探测.     

瞬变电磁法仪器工作状态的几个问题

瞬变电磁法野外工作对仪器的使用,应注意供电时间足够长,以免一次场两次激励的二次场相互混叠;发射电流的关断时间越短越好,可使接收信号的频谱响应信息越丰富;用大发射磁矩来增强接收信号时,接收信号的强度不得超出接收机的动态范围,否则早时道的信号将无效。     

线圈参数及地形因素对航空瞬变电磁的影响

为了解决复杂地质条件下的浅层勘探问题,基于有限元法对航空瞬变电磁进行三维正演模拟,采用中心回线观测方式来研究磁场H_z的响应特征。首先验证了均匀半空间和层状地层响应精度,模拟表明,数值解与解析解在0.1 s前误差基本维持在5%以内,可以有效地进行正演模拟。然后讨论了发射线圈参数(高度、半径、电流、匝数)对磁场H_z分量的影响,结果表明,场值与发射线圈半径、电流、匝数成正比,不同发射线圈高度只是影响了早期响应,到晚期磁场H_z分量均趋向同一值;由于瞬变电磁对低阻异常反应更为灵敏,研究了埋有低阻异常体的起伏地形条件对H_z场值的影响,得出了有价值的结论。     

瞬变电磁法小线圈装置过渡过程影响研究

接收线圈分布参数对早期瞬变电磁信号影响严重,导致信号的有效采样时间起始点后延,丢失浅层探测信息。本文比较了过渡过程影响下的视电阻率误差,并描绘视电阻率误差随接收装置半径变化曲线。结果表明,在相同有效接收面积的前提下,选择不同半径的接收装置对视电阻率计算会带来不同程度的影响,解决工程实际中接收线圈最佳半径设计问题。     

基于相控技术的钢板电磁超声检测方法

为了提高钢板中电磁超声回波信号,提出了一种基于相控技术的钢板电磁超声检测方法.研究了相控聚焦技术和钢板中电磁超声换能器的换能机理,通过多阵元组成激发换能器阵列,运用延时法使超声波在目标区等相位叠加,实现超声波聚焦,并在Q235钢板上采用分立式结构进行实验验证.结果表明:该方法有效弥补了收发换能器间声程差引起的相位偏移,激励电压一致时,658 mm处接收的回波信号幅值提高为中心换能器单独激发时的2倍;采用三阵元激励换能器阵列检测方法可实现缺陷处的超声波聚焦,520 mm处缺陷回波幅值提高为中心换能器单独激发时的1.83倍.     

主动探测型时间反转电磁波聚焦

为扩展时间反转理论在电磁领域的应用,提出了一种基于主动探测的时间反转电磁波聚焦方法.该方法是通过时间反转目标的反射波并在目标搜索域内进行能量搜索来实现重聚焦的.首先,收发合置传感器阵列的一个天线阵元向目标区域发射电磁波信号,该电磁波信号遇到目标后反射,反射后的电磁波被各天线阵元接收并记录.当所有阵元全部完成上述发射和接收过程后,将每个阵元中得到的所有信号相加,并进行时间反转.然后,将各阵元时间反转后的信号虚拟重发到目标域中,则信号能量会在目标处实现重聚焦.根据电磁波的传播特性,给出了主动探测型时间反转聚焦的原理及方法.最后,通过仿真实验验证了主动探测型时间反转可以有效实现电磁波重聚焦的特性.     

杂质检测系统的试验研究

通过应用电磁感应式杂质检测系统，对不同作用机理的材料进行杂质检测试验。研究了不同材料与线圈耦合度的关系，找出了提高检测灵敏度的方法。     

电磁电导法测量原油含水率一次感应电动势处理

利用电磁电导法在管外测量原油含水率时,针对一次感应电动势对二次感应电动势的干扰问题,根据电磁电导原理,提出了一种由两个发射线圈和两个接收线圈构成的四线圈传感器.通过增加辅助发射和接收线圈并优化四个线圈的相对位置,抵消了一部分一次感应电动势,再通过信号处理分离残留的同频一次感应电动势.根据ANSYS对管道内磁场分布进行仿真分析的结果,确定了四线圈的最优位置,搭建传感器对含水率在0~100%范围内的原油进行实际测试,结果表明,一次感应电动势同频干扰得到了有效抑制.     

线性预测盲源提取算法应用于阵列雷达的分析

通过深入分析阵列雷达的杂波/干扰抑制问题,提出应用基于线性预测的有噪盲源提取算法来提取阵列雷达的回波信号,实现杂波/干扰的同时抑制,最终提高阵列雷达的目标探测能力。在建立逼真的阵列雷达接收信号模型的基础上,通过仿真分析了该算法提取阵列雷达回波的能力和改善阵列雷达的目标探测能力。结果表明,该算法提取雷达回波信号的效果理想,平均相关系数大于0.93;当运动目标的归一化多谱勒频率大于±0.1 Hz时,阵列雷达的检测概率接近1,验证了该算法的可行性和有效性。     

基于双频信号相位重合点的秒信号产生法

利用两个有一定频差的频率信号相位差变化的周期性规律提出了一种秒信号产生方法．两频率信号可以来自同一个源,但有一个特定的频差．利用选通闸门配合重合检测电路完成相位重合点的高精度提取,并通过对两路信号适当移相使得提取到的相位重合点与标准时间同步．实验结果表明,该方法与传统方法产生的秒信号准确度及稳定度相当,但是将它用于授时系统时,可以发挥频率信号易于传递和测量的优点; 用于原子钟比对时,能利用频率源的比相完成时间比对,降低了成本却提高了比对精度．     

时间域电磁探测发射电流过冲产生原理及抑制

针对时间域电磁探测系统中发射电流过冲造成接收盲区的问题,建立了电流过冲产生和抑制的交流等效模型,运用电路理论对模型进行了分析,提出加速电阻增大过冲电流振荡阻尼的方法,对时间域电磁探测发射机进行了改进。实验表明改进后系统稳定可靠,并使波形早期道信号前移110μs,达到缩小近地探测盲区的目的,为时间域电磁探测全电流波形收录提供了硬件前提,也可为基于无人机的电磁法探测装备的研发提供参考。