基于积分电路的瞬变电磁信号噪声抑制方法

瞬变电磁测井信号易受外界噪声干扰,严重影响探测准确度。针对这一问题,以瞬变电磁理论为基础,通过对瞬变电磁信号特征进行研究分析,采用积分采样方法实现对瞬变电磁晚期信号的各测道进行检测,从强噪声信号中提取毫伏级信号。并在此基础上,实现对三分量探测信号的同步积分采样。实验结果表明,积分采样方法可以有效改善井下探测系统的信噪比,提高瞬变电磁测井性能。     

瞬变电磁法阻尼系数对有效采样时刻影响研究

瞬变电磁法的探测深度主要由观测时间决定,早期观测信号包含浅层地电信息。接收线圈过渡过程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。野外工作中,接收线圈两端通常外接阻尼电阻来调整线圈的工作状态。本文基于接收线圈等效电路模型,分析接收线圈阻尼系数对过渡过程的影响,比较了不同工作状态下的瞬变电磁响应特性,计算了不同阻尼系数时的视电阻率误差,并分析了有效采样时刻随阻尼系数的变化趋势。结果表明,浅层探测中过渡过程给早期视电阻率计算带来很大误差,数据处理时须舍弃早期信号或予以校正。在临界阻尼的情况下,过渡过程影响总体最小,为接收线圈最佳工作状态。     

半航空瞬变电磁探测能力及影响因素研究

半航空瞬变电磁法通过在地面布设发射源,在空中使用无人机搭载接收线圈获取二次场信号实现对地下结构的探测,然而在实际应用过程中其探测能力会受到接收高度、水平偏移距等因素的影响。针对这一问题,开展半航空瞬变电磁响应空间分布特征研究。首先通过均匀大地模型和层状大地模型的正演计算,采用控制变量的方法分析不同因素对半航空瞬变电磁响应的影响;其次通过含异常体模型的正演计算,分析异常体埋深、电阻率等参数等对半航空瞬变电磁勘探地下目标体能力的影响。研究结果表明：接收高度和水平偏移距对半航空瞬变电磁响应的影响主要集中在早期,随着接收高度或者水平偏移距的增加,早期垂直感应电动势幅值逐渐降低,且回线源外响应出现极性反转现象;半航空瞬变电磁响应曲线在不同电阻率地层中表现出不同的衰减速率,这表明其对地层电阻率变化有着较好的识别作用;半航空瞬变电磁响应曲线中可以体现出地下目标体的埋深及电阻率变化,证明了半航空瞬变电磁对不同异常体的分辨能力。     

基于ARM的瞬变电磁数据采集系统设计

为了适应地质探测的要求,结合便携式探测系统的设计思想,根据瞬变电磁信号的特点,设计了基于ARM的高采样率和高准确度的瞬变电磁数据采集系统。通过实验测量,系统采样速率达2μs,误差为10 mV,可以满足实际使用要求。该系统的特点是:使用精密放大器组成的电阻网络对二次场信号实现了分段放大,避免了前期信号出现饱和,同时后期微弱信号可以得到准确采集;使用先进先出(FIFO)存储器节约CPU时间,保证AD7677对瞬变电磁前期信号的采集速率。     

堤防渗漏隐患探测用瞬变电磁仪

堤防隐患探测是防洪减灾的重要内容。国内外多年试验研究表明，在诸 多物探方法中，瞬变电磁法和高密度电法是探测堤防渗漏隐患最有效的方法。在研究瞬变 电磁法应用于土坝和堤防渗漏的隐患探测过程中研制成功瞬变电磁仪，先后在7座大坝和3段 堤防上进行渗漏隐患探测和定位。文中介绍了该仪器的工作原理、电原理以及设计中的若干 技术问题。     

长源距随钻定向电磁波测井仪器频率和源距选择方法

长源距远探测是随钻定向电磁波测井的发展趋势。如何在提高探测深度的同时拓宽地层探测范围是仪器设计需考虑的重要问题。本文基于磁流源并矢格林函数法研究了测井仪器接收线圈感应电动势对地层电阻率的敏感性,提出频率和源距的选择方法。在此基础上研究仪器界面距离和电阻率对比度对接收线圈感应电动势旋转变化特性的影响。搭建长源距定向测井缩比模型实验平台,开展不同电阻率对比度时接收信号旋转变化特性实验研究,验证了频率和源距选择方法的正确性。该方法可为针对不同地层合理选择线圈系参数并拓宽地层电阻率探测范围提供依据。     

电性源时间域电磁法大功率发射系统的研制

时间域电磁法(也称为瞬变电磁法)是地球物理探测方法的一种,其探测深度、精度与发射电流大小有着直接关系。在分析了当前几种电磁法探测仪器的发射系统参数的基础上,研制了一种时间域电磁法大功率发射系统。介绍了发射系统的组成和工作原理,详细说明了各模块的硬件构成。发射系统输出电压可达到1 500V,电流最大为68A,输出功率可达到100kW。实验结果验证了发射系统性能良好,达到设计要求。     

瞬变 / 谐变一体化的大地电磁收发线圈设计

采用瞬变电磁法和谐变电磁法仪器观测地下空间数据并进行融合处理,能够提高探测成像能力,然而现有的瞬变电磁法和谐变电磁法仪器独立成套,必须配置多套仪器分次采集。设计了一种可满足瞬变/谐变两种模式使用的小型、大带宽、高灵敏度大地电磁收发线圈,为便携、浅层高分辨的瞬变/谐变一体化电磁探测系统开发奠定基础。首先,建立了空心线圈传感器等效电路模型,分析了线圈传感器的灵敏度和噪声特性,制作的传感器经过测试表明,在1 125 Hz处,灵敏度为23.12 mV/nT,等效磁噪声9.27 pT/√Hz,传感器带宽1 Hz～100 kHz;然后,通过公式和有限元软件对传感线圈偏心放置时收发耦合进行了计算,确定了收发线圈组合的最佳耦合位置,计算和仿真结果与实际位置分别相差0.21%和0.17%,有效对消了发射磁场(一次场)。构建了时间域和频率域电磁法探测系统,测试表明,设计的瞬变/谐变一体化收发线圈能够满足时间域和频率域电磁法两种探测模式使用。     

基于GPS与温补晶振双同步控制的瞬变电磁测量控制器

提出一种GPS和温补晶振协同工作的高性能同步控制器,实现了瞬变电磁系统(TEM系统)中发射机与接收机的高精度同步。设计融合了GPS与温补晶振的优点,利用温补晶振短期稳定性好的特点,弥补GPS易受干扰的缺陷,解决了GPS短时间失效问题。系统控制和时序产生由CPLD和单片机实现。CPLD完成数字时序电路的产生和控制,能同时产生频率范围为0.0625～32Hz的10路同步信号,单片机接收GPS数据、计算同步起始时间、响应外部控制信号和显示工作状态。通过算法确定起始时间,代替通信方式传递时间参数的做法,更适合于一台发射机、多台接收机并行工作的阵列式TEM系统。该系统已成功地应用到电磁探测领域,并适用于其他高精度的同步采样工业应用场合。     

杆塔基础下采空区物探方法有效性分析

介绍了采空区的地球物理特征,对采空区探测的各种物探方法,从密度、电性、应力等方面进行分类并做了介绍。提出瞬变电磁法、高密度电法和测氡法是适宜于带电输电线路杆塔基础下采空区探测较为经济、快速、准确的方法。采用瞬变电磁法和高密度电法并对探测的某带电输电线路杆塔基础下采空区结构进行了有效性分析。     

GPS同步瞬变电磁探测系统设计

瞬变电磁法是电法勘探的一种重要手段,基本原理是根据物质电阻率差异来确定被探测目标的物理参数,广泛应用于找矿、地下水探测、环境污染探测、工程探测、军事探测等方面.瞬变电磁探测系统发射机与接收机要求严格同步,同步误差要求小于1μs.本文系统阐述了GPS(全球卫星定位系统)同步瞬变电磁探测系统的工作原理、系统组成及技术特点.并根据野外实际探测结果与要求,讨论了其他同步方式的优缺点、IGBT快关断大功率发射机、基于浮点放大的同步接收机的设计等问题.     

浅海底瞬变电磁探测发射系统研究

研究了瞬变电磁探测发射系统中的几项关键技术,包括发射桥路的对比和选择,发射驱动电路的设计、缓冲吸收电路的设计以及过流保护电路的设计等。针对浅海底探测这一应用环境的特殊性,设计了一套浅海底拖曳式瞬变电磁探测的发射系统,给出仪器系统总体框图。系统实现了小型化、无人操作、大电流、短关断时间及小过冲电流的发射。给出了发射波形的实测结果。     

TEM发射信号质量测量算法研究

瞬变电磁法(TEM)是探测地下介质电性参数信息的重要方法。针对TEM发射机的发射电流信号质量定量分析的问题,本文详细分析了发射信号的各参数对观测结果的影响,并且提出了测量发射信号质量的算法,实现了对电流信号的各阶段时间、电流值、期望直线拟合度、关断率、过冲率等质量参数的测量。最后,设计了一套基于DSP的TEM发射信号质量测量系统。大量实验表明,该测量方法行之有效,满足对TEM发射信号的质量评价,具有很强的工程实用性。     

基于Maxwell 3D瞬变电磁法三维正演研究

瞬变电磁法(TEM)是一种时间域电磁法,在地球物理勘探领域得到广泛应用。目前三维反演的快速性与精确度均存在着很多问题,这就需要三维正演分析提供支持,但是应用于瞬变电磁法的专业三维正演软件非常缺乏。基于此,本文创新性地将Ansoft Maxwell 3D引入瞬变电磁法地质探测的正演分析中,建立了均匀半空间瞬变电磁正演模型,与传统的电磁模型分析软件EMMA进行对比,证实了Maxwell用于瞬变电磁法正演的可行性与有效性;同时,还构建了低阻三维地质异常体的Maxwell正演模型。仿真结果可以很好地反映地下异常体的存在,证明Ansoft Maxwell 3D能很好的应用于TEM正演模型的构建与分析。     

基于LabVIEW的航空瞬变电磁数据采集系统

根据航空瞬变电磁法的原理及其信号特点,按照长时间连续采集和存储的要求,设计了基于LabVIEW的航空瞬变电磁数据采集系统。系统硬件平台以NI PXIe-4492动态信号采集卡为核心,搭配NI PXIe-6674T和NI PXI-6682H等辅助板卡进行搭建;软件部分采用LabVIEW编写,利用生产者/消费者模式,结合用户事件处理循环和队列消息处理器,实现了数据连续采集、存储、实时处理及显示的功能,并解决了发射和接收时钟不同步的问题。最后实验表明,该系统能够长时间稳定采集,并且各项性能满足设计要求。     

瞬变电磁发射技术的新进展

瞬变电磁法(TEM)是一种地球物理探测方法，短关断延时、大电流、高线性度下降沿的双极性脉冲电流是瞬变电磁发射技术的发展趋势，高速关断技术是瞬变电磁系统的核心技术。论文全面分析了国内外先进的瞬变电磁发射机性能，对比分析了关断延时、下降沿线性度等关键指标，提出了恒压箝位高速关断技术，分析了电路原理，并与国际先进仪器做了对比。提出电路下降沿线性度高、关断延时最短，有利于早期数据校正；实现了负载能量回馈、缩短了脉冲上升时间；电路参数最优解不随电源、负载、脉冲电流幅值变化；大电流发射和短关断延时实现了宽深度测量。推荐电路已经在瞬变电磁测量系统中得到成功应用。     

一种新型的双极性脉冲电流源

在瞬变电磁探测领域中,发射电流波形的质量将会直接影响到地质体感应信号的检测。瞬变电磁法理论基于阶跃波电流源激励,为了探测浅层部地质信息,要求脉冲电流关断延时短、上升下降沿线性度高,探测系统动态性能好,但由于发射线圈呈感性,在大电感负载下实现理想的阶跃脉冲是非常困难的。研究改善发射电流脉冲波形前、后沿波形质量的电路拓扑、控制方法,并研究了电磁发射机整流方案。分析了电路的工作原理,讨论了电路参数优化计算,从负载电流上升、下降沿波形的线性度和稳压电容电压波动范围出发,给出了恒流电路中电感值和钳位电容值的最优值选取方法,并通过仿真实验,验证了理论分析的正确性。与已报道电路相比,该电路结构简单,上升、下降沿线性度好,动态性能好。     

瞬变电磁仪高精度GPS时钟同步的研究

瞬变电磁仪是一种重要的地质勘探仪器。为了提高瞬变电磁仪的同步精度,针对恒温晶振长期稳定性差和GPS短期稳定性差的问题,提出一种基于嵌入式微处理器STM32F407、GPS接收模块、中等精度恒温晶振的瞬变电磁仪GPS时钟同步方法。在分析瞬变电磁仪系统组成及GPS同步的工作原理的基础上,利用STM32F407能够灵活输出PWM的特点,通过获取恒温晶振的实际工作频率后,设置STM32F407计数器的相关寄存器输出同步的PWM作为同步控制时序,同步瞬变电磁仪的发送机和接收机。采用卡尔曼滤波克服了1PPS信号短期抖动性,充分考虑到GPS存在短期失锁的问题,结合IIR滤波、最小二乘算法,分别设计了GPS锁存状态和失锁状态的同步实现方法。实验结果表明,开机30 s后,系统的同步精度达到0.01 ms,在GPS短期失锁时仍能保持0.01 ms的精度。     

基于GPS的大功率电磁发射机时间同步装置的研制

电磁法勘探是地球物理勘探中一种重要的手段,而在电磁法勘探仪器的研制中,设计发射机和接收机之间的同步又是其中一项非常关键的技术。由于大功率电磁发射机工作时会对时间同步装置产生强电磁干扰,因此指出了现有时间同步方案的不足,设计了一种新型的基于GPS的时间同步装置,对其工作原理和系统组成进行了阐述,重点介绍了时间同步装置在强电磁干扰下且GPS信号失效情况下仍保持较长时间高准确度输出的解决方案。该时间同步装置不仅适用于电磁法勘探仪器,而且可以广泛应用于电力、通信和计算机网络等需要高准确度实时同步的场合。     

电缆检测多频率激励信号源的研究

地下管线探测技术对于各个企业、城市的规划建设乃至整个国家社会经济的发展都起着不可估量的作用.通过开挖测绘来了解地下管线的分布情况,速度慢、安全性差、准确度不高,取而代之的是电磁探测法.电缆探测定位、故障诊断主要采用电磁探测法:由激励信号源产生一定频率的信号加载在电缆上,用接收设备拾取电缆产生的电磁场,经过一定的处理,获得电缆走向、埋深等信息.本文介绍了地下电缆探测的基本原理,设计了一个实用电缆检测多频率激励信号源,并详细地分析电缆信号源的分频电路、升压电路、开关电路等主要电路.实验表明,本设计能够产生各种要求的频率/周期信号,振幅在48V左右,功率在5W左右.