[發(fā)明專利]一種地下金屬探測系統(tǒng)及其探測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910488964.8
• 申請日: 2019-06-06
• 公開（公告）號: CN110208864A
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐凌達;支永林;劉照光;宇文展鵬;王業(yè)虎
• 申請（專利權(quán)）人: 海南電網(wǎng)有限責任公司白沙供電局
• 主分類號: G01V3/10
• 分類號: G01V3/10
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

本發(fā)明涉及一種地下金屬探測系統(tǒng)及其探測方法，發(fā)射線圈連接發(fā)射電路；接收線圈連接有接收電路，同時還與信號采集、數(shù)據(jù)分析終端連接；利用耦線圈和精密電位器實現(xiàn)發(fā)射線圈和接收線圈之間的硬件解耦；在物理結(jié)構(gòu)上，去耦線圈與發(fā)射線圈同軸嵌套繞制，相互獨立；在電氣結(jié)構(gòu)上，去耦線圈和精密電位器連于接收電路中，通過精密電位器微調(diào)，使去耦電路的輸出電壓和發(fā)射線圈與接收線圈之間因互感產(chǎn)生的一次感應(yīng)電壓等值反向，完全抵消，以消除一次感應(yīng)電壓的影響，使得接收線圈上檢測到的感應(yīng)電壓完全由地下金屬導體產(chǎn)生，便于直接獲取和分析地下金屬的反饋波形，以得到其準確的位置信息。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地下金屬探測領(lǐng)域，涉及一種利用硬件解耦解決地下金屬探測過程中發(fā)射線圈對接收信號干擾的方法，更具體地，涉及一種地下金屬探測系統(tǒng)及其探測方法。

背景技術(shù)

地下金屬探測在軍事防御，通訊工程，能量傳輸和地質(zhì)勘測等許多領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。為了高效確定地下金屬的位置信息和分布形態(tài)以及保證地下金屬結(jié)構(gòu)在探測過程中不被損壞，通常需要采用非開挖的探測技術(shù)。基于瞬變電磁法(TEM)的地下金屬探測系統(tǒng)，具有無損無需開挖的特點，是一種常見的時間域電磁勘測工具。

瞬變電磁法探測的基本原理是通過地下金屬導體與電磁場的相互作用進行地層地質(zhì)分析。在瞬變電磁探測過程中，通過向發(fā)射線圈施加激勵信號，產(chǎn)生一次感應(yīng)電磁場并向周圍空間傳播。在一次感應(yīng)電磁場的作用下，地下金屬導體會因渦流效應(yīng)在接收線圈上產(chǎn)生二次感應(yīng)電動勢。地下金屬導體的形狀、大小、介質(zhì)參數(shù)、地下分布形態(tài)包括埋深等因素的變化均會引起二次感應(yīng)電動勢的變化，因此通過采集和分析接收線圈上由地下金屬導體渦流效應(yīng)產(chǎn)生的二次感應(yīng)電壓響應(yīng)波形，即可獲得地下金屬導體的信息。

在實際應(yīng)用中，由于發(fā)射和接收線圈之間的電磁耦合及發(fā)射電路存在過渡過程，接收線圈兩端的采集信號不僅有二次感應(yīng)電壓，還混疊發(fā)射線圈與接收線圈之間互感作用產(chǎn)生的一次感應(yīng)電壓，且一次感應(yīng)電壓幅值通常遠大于二次感應(yīng)電壓，不能直接作為目標導體的反饋信號，需要通過復雜的反演算法對反饋信號進一步的分析和處理，導致最終探測誤差較大。因此，解決瞬變探測過程中發(fā)射線圈對接收信號干擾的方法，對實現(xiàn)地下金屬精確定位具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決以下技術(shù)問題，在傳統(tǒng)地下金屬探測過程中，由于發(fā)射線圈和接收線圈之間的電磁耦合作用以及電路過渡過程的存在，接收線圈兩端的采集信號受到來自發(fā)射線圈與接收線圈之間互感作用產(chǎn)生的一次感應(yīng)電壓的電磁干擾，導致檢測困難。因此本發(fā)明提供一種提高的地下金屬探測精度的裝置和方法，實現(xiàn)高效探測。

具體的技術(shù)方案為：

一種地下金屬探測系統(tǒng)，主要包括：發(fā)射線圈、接收線圈、去耦線圈、精密電位器、信號采集和數(shù)據(jù)分析終端；發(fā)射線圈連接發(fā)射電路；接收線圈連接有接收電路，同時還與信號采集、數(shù)據(jù)分析終端連接；所述的去耦線圈和精密電位器用于實現(xiàn)發(fā)射線圈和接收線圈之間的硬件解耦。

所述的去耦線圈與發(fā)射線圈同軸嵌套繞制，相互獨立；所述的去耦線圈和精密電位器連于接收電路中，并通過精密電位器微調(diào)，使去耦電路的輸出電壓和發(fā)射線圈與接收線圈之間因互感產(chǎn)生的一次感應(yīng)電壓等值反向，完全抵消，使得接收線圈上檢測到的感應(yīng)電壓完全由地下金屬導體產(chǎn)生。

該地下金屬探測系統(tǒng)的探測方法，包括以下步驟：

(1)發(fā)射電路向發(fā)射線圈施加激勵電流，當脈沖電流關(guān)斷瞬間，發(fā)射回線周圍會產(chǎn)生一次脈沖磁場，并向周圍空間擴散；在一次脈沖磁場的作用下，地下金屬中會產(chǎn)生感應(yīng)渦流，隨著金屬的熱損耗，感應(yīng)渦流逐漸減小，激發(fā)新的瞬變磁場，稱為二次場；

(2)二次磁場的衰減在接收線圈上產(chǎn)生二次感應(yīng)電壓，由于二次場主要是由地下導體中的感應(yīng)電流產(chǎn)生，其中包含著地下金屬導體的相關(guān)信息；地下金屬的形狀、大小、介質(zhì)參數(shù)以及地下分布形態(tài)包括埋深因素變化會引起二次場的變化，接收到的感應(yīng)電動勢也會不同，通過研究接收到的感應(yīng)電動勢時空特性，數(shù)據(jù)分析終端分析出地下金屬導體的信息。