[發(fā)明專利]基于瞬變電磁法的探測裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210079516.0
• 申請日: 2012-03-23
• 公開（公告）號: CN102608662A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設計）人: 劉冀成
• 申請（專利權）人: 劉冀成
• 主分類號: G01V3/10
• 分類號: G01V3/10;H01Q21/00;H01Q7/00
• 代理公司: 成都虹橋?qū)＠聞账?51124
• 代理人: 李順德

技術領域

本發(fā)明涉及電磁探測技術，特別涉及一種時間域電磁法(Time?domain?electromagnetic?method)也稱為瞬變電磁法(Transient?Electromagnetic?Method，簡寫為TEM)探測技術。

背景技術

瞬變電磁法(TEM)是一種電磁探測技術，主要用于金屬探測和礦物資源探測，瞬變電磁法在金屬管道狀態(tài)(如：平均厚度、腐蝕程度、滲漏等)評估中運用較為廣泛。TEM利用發(fā)射天線中電流的瞬間變化產(chǎn)生脈沖電磁波(稱為一次電磁場，或一次場)，在一次電磁場的激勵下，被測物體內(nèi)部由于電磁感應將產(chǎn)生隨時間變化的感應電流，該感應電流又在周圍空間激發(fā)二次電磁場(簡稱為二次場)，此二次場與被測導體的內(nèi)部結構狀態(tài)和參數(shù)相關，如管徑、材質(zhì)、管壁厚度、管內(nèi)輸送的介質(zhì)等，這種脈沖瞬變響應具有時間上的可分性，這是實現(xiàn)管道狀態(tài)檢測的TEM技術基礎。在此基礎上利用接收天線接收該二次電磁場，分析并研究其與時間的變化關系，就可以對目標管線的當前狀態(tài)進行定量和定性評估。現(xiàn)有技術用于產(chǎn)生一次電磁場的發(fā)射天線，通常采用一個矩形或環(huán)形線圈(一般為平面線圈，結構參見圖1、圖2和圖3)，通過控制流過線圈的電流產(chǎn)生突變，激發(fā)一次場覆蓋區(qū)域的金屬導體產(chǎn)生二次電磁場輻射。以正方形線圈構成的發(fā)射天線為例，其產(chǎn)生的一次場覆蓋范圍近似為邊長＝L+2h的正方形，其中，L為發(fā)射天線邊長，h為探測深度。由于發(fā)射天線輸出能量與L相關，為了得到一定的激發(fā)能量，L取值不能太小。可以看出，這種發(fā)射天線產(chǎn)生的一次場覆蓋范圍是發(fā)散的，隨著探測深度的增加，電磁場覆蓋范圍增加，電磁場覆蓋管段范圍擴大。對于并行、交叉或靠近的管道，或者被測管道附近存在其他金屬物體，由于他們產(chǎn)生的二次電磁場相互干擾，導致檢測精度降低，甚至無法分辨有用信號和干擾信號。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題，就是提供一種利用發(fā)射天線陣列實現(xiàn)空間電磁場分布向設定區(qū)域匯聚的基于瞬變電磁法的探測裝置。

本發(fā)明解決所述技術問題，采用的技術方案是，基于瞬變電磁法的探測裝置，包括用于產(chǎn)生瞬變電磁場的發(fā)射天線和用于接收所述瞬變電磁場激發(fā)的二次電磁場的接收天線，其特征在于，所述發(fā)射天線由至少2個線圈構成的線圈陣列組成，所述線圈陣列產(chǎn)生的電磁場向設定區(qū)域匯聚。

根據(jù)TEM的原理，發(fā)射天線產(chǎn)生的一次場覆蓋范圍愈小，測量的精度愈高。因此，本發(fā)明結合磁約束方法與瞬變電磁法，將瞬變電磁法一次場發(fā)射天線由單一線圈改為多個線圈組成的線圈陣列，通過調(diào)整陣列中各個線圈的相關參數(shù)，使其產(chǎn)生的電磁場矢量疊加后匯聚到設定區(qū)域，大大改善了發(fā)射天線產(chǎn)生的電磁場的發(fā)散性，使一次場的覆蓋范圍受到了約束。本發(fā)明利用磁約束方法提高了發(fā)射天線的匯聚性能，進行探測時能有效避免周圍金屬介質(zhì)的干擾，能夠有效克服并排管道對檢測結果的影響，勘測深度可以提高，能夠更精確的測量出小范圍內(nèi)管道參數(shù)，如管段平均厚度、直徑、腐蝕情況等。

進一步的，通過控制線圈陣列中各線圈流過的電流大小和/或相位使線圈陣列產(chǎn)生的電磁場向設定區(qū)域匯聚。

發(fā)射天線產(chǎn)生的電磁場，與線圈中流過的電流大小、相位(包括電流方向)有關，通過控制陣列中各個線圈的電流大小及其相位可以達到控制合成電磁場矢量方向和大小的目的，從而使線圈陣列產(chǎn)生的電磁場向設定區(qū)域匯聚。

進一步的，通過調(diào)整線圈陣列中各線圈的形狀和/或相對位置使線圈陣列產(chǎn)生的電磁場向設定區(qū)域匯聚。

陣列中各線圈的形狀及其相對位置都與線圈陣列的合成電磁場矢量的大小、方向及場的分布有關系，適當?shù)卣{(diào)整各線圈的形狀和/或相對位置，可以使線圈陣列產(chǎn)生的電磁場向設定區(qū)域匯聚。

優(yōu)選的，所述線圈陣列由2個線圈構成。

由2個線圈構成的陣列結構最簡單，其合成電磁場矢量容易控制，分析計算也比較簡單。特別是工程上容易實現(xiàn)，具有實際意義。

具體的，所述2個線圈分別位于2個平行的平面內(nèi)，其在所述平面垂直方向的投影相接或至少有部分重疊。

該方案利用2個位于平行平面的線圈配置調(diào)整空間電磁場的分布，通過調(diào)整2個線圈之間垂直距離、重疊部分大小和形狀等，可以控制合成電磁場在空間的匯聚方向和位置。2個線圈在其平面垂直方向的投影可以相接或有部分重疊，相接可以理解為重疊部分為0的情況。一般而言，對于重疊配置在兩個平行平面內(nèi)的線圈，合成電磁場主要集中在2個線圈重疊部分所覆蓋的區(qū)域，即該線圈陣列產(chǎn)生的電磁場向重疊部分所覆蓋的區(qū)域匯聚。

進一步的，在2個線圈重疊部分配置有第三線圈，所述第三線圈所在平面與所述2個線圈所在平面平行。