專利名稱：時(shí)間域地空電磁探測系統(tǒng)及標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地球物理儀器勘探儀器及標(biāo)定，尤其是時(shí)間域地空電磁探測系統(tǒng) 及標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
地空電磁探測方法具有信噪比高、空間分辨率好，野外施工方便、經(jīng)濟(jì)、高效等優(yōu) 勢，已經(jīng)成為新一代時(shí)間域航空電磁探測的首選方式，尤其適合在復(fù)雜山區(qū)地進(jìn)行快速高 分辨率、大深度探測。澳大利亞847270G01V003116公開了地面鋪設(shè)回線的過渡過程法進(jìn)行航空勘查方 法，在地面預(yù)測定的目標(biāo)體上面安放一個(gè)發(fā)射裝置，發(fā)射過渡電磁脈沖，帶接收器的飛行儀 器在所測地區(qū)飛過用接收裝置測定由上述過渡電磁脈沖造成的電磁場，依振幅大小不同形 成信號和瞬間可測定的電磁場，經(jīng)過信號處理就可測定出預(yù)測的目標(biāo)體。US5610523公開了一種用地面線圈實(shí)現(xiàn)發(fā)射與飛機(jī)探測的電磁探測系統(tǒng)和方法， 采用發(fā)電機(jī)給地面線圈發(fā)射瞬變電磁脈沖，探測器放在飛機(jī)上，通過飛行探測的地面。探測 器由發(fā)電機(jī)采用晶體振蕩器進(jìn)行同步，探測器測量接收信號，采用磁電阻率分析和磁感應(yīng) 極化技術(shù)對接收到的信號進(jìn)行處理，進(jìn)行判定地下體狀物質(zhì)的探測方法。CA2109118公開了 一種航空地質(zhì)測量的方法和裝置，將通以脈沖電流的大回線天線放置在地表，機(jī)載接收機(jī) 用于檢測的電磁場和瞬變電磁信號，采用MMR(磁阻)和MIP(磁感應(yīng)極化)的分析技術(shù)來 確定調(diào)查結(jié)果，接收器可以放置在飛機(jī)上，氣球，直升機(jī)或類似裝置。CN101825665A公開了隨機(jī)共振瞬變電磁弱信號檢測方法，通過對瞬變信號進(jìn)行尺 度變換，將時(shí)域信號轉(zhuǎn)換到頻域，在時(shí)域信號壓縮m倍，在頻域中其頻譜就擴(kuò)展m倍。從而將 瞬變電磁檢測接收的噪聲中，大頻率弱目標(biāo)信號的頻率降低至小于0. 1Hz，輸入隨機(jī)共振系 統(tǒng)，產(chǎn)生共振后提取時(shí)域壓縮后的目標(biāo)信號，再還原得到目標(biāo)信號頻譜。消除隨機(jī)共振系統(tǒng) 對待檢瞬變電磁信號的頻率限制，準(zhǔn)確檢得弱目標(biāo)信號。CN1932537公開了一種瞬態(tài)電磁脈 沖場模擬測試系統(tǒng)，包括瞬變電磁場傳輸室、瞬變脈沖發(fā)生裝置和控制測試屏蔽室三部分， 傳輸室試驗(yàn)區(qū)為一個(gè)四周及頂面平直的長方體空間，過渡區(qū)從試驗(yàn)區(qū)向前收縮延伸至瞬變 脈沖發(fā)生裝置，瞬變脈沖發(fā)生裝置與控制測試屏蔽室之間通過控制線和控制氣管相連，采 用了長方體空間和封閉式屏蔽結(jié)構(gòu)，保證了場均勻性，并具有較大的測試設(shè)備空間。通過阻 抗匹配，產(chǎn)生了 50kV/m，上升沿彡5ns的瞬變強(qiáng)電磁脈沖場。現(xiàn)有的，對于新研制出的航空電磁探測系統(tǒng)，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)重復(fù)性、一致性、最小 分辨率等性能測試和實(shí)驗(yàn)，通常將測量系統(tǒng)掛載在飛機(jī)上，在一些“已知礦區(qū)”進(jìn)行飛行實(shí) 驗(yàn)，驗(yàn)證航空電磁探測系統(tǒng)的探測效果和分辨率；或者將幾家公司生產(chǎn)的航空電磁探測系 統(tǒng)運(yùn)載到同一個(gè)“已知礦區(qū)”進(jìn)行飛行實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行性能和探測效果的對比、互相驗(yàn)證。這些 測試方法，由于無法準(zhǔn)確計(jì)算出礦體的理論電磁響應(yīng)，只能根據(jù)測量的剖面曲線，定性判斷 異常，來驗(yàn)證測量系統(tǒng)探測的有效性；并且需要將電磁探測系統(tǒng)、裝置頻繁運(yùn)輸?shù)健耙阎V 區(qū)”，因而實(shí)驗(yàn)費(fèi)用較高，此外還須防止發(fā)生意外危險(xiǎn)。這些實(shí)驗(yàn)不能模擬其他不同地電模型，因此不具有普遍性。綜合上述，現(xiàn)有技術(shù)只是提出了地空電磁探測方式，尚沒有對時(shí)間域地空電磁探 測系統(tǒng)的測試和標(biāo)定，而且，不同國家和公司研制的時(shí)間域電磁探測系統(tǒng)必定在性能上存 在差異和特點(diǎn)，各種電磁探測系統(tǒng)在最小分辨率、信噪比等性能不具有可比性，而且儀器的 穩(wěn)定性和重復(fù)性也難以保證，多種時(shí)間域航空電磁探測系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)質(zhì)量評價(jià)方面，也沒有 同一標(biāo)準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種時(shí)間域地空電磁探測系統(tǒng)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種時(shí)間域地空電磁探測系統(tǒng)的標(biāo)定方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的時(shí)間域地空電磁探測系統(tǒng)，地面記錄裝置GPS同步單元4連接的感應(yīng)信號記錄裝 置2、閉合異常環(huán)1和數(shù)據(jù)質(zhì)量評價(jià)系統(tǒng)3構(gòu)成。閉合異常環(huán)1是由多匝線圈14經(jīng)精密電阻排15、精密電感排16和取樣單元13串 接構(gòu)成的閉合環(huán)。感應(yīng)信號記錄裝置2是由數(shù)字DC/DC電源模塊連接PC104工控機(jī)，電流傳感器經(jīng) 濾波、分放大電路、多級放大電路、雙通道采集、M位AD采集電路和大容量FIFO與PC104工 控機(jī)連接，取樣單元經(jīng)濾波、差分放大電路、程控放大電路、雙通道采集、M位AD采集電路、 時(shí)序產(chǎn)生和控制電路和GPS同步控制電路與PC104工控機(jī)連接構(gòu)成。數(shù)據(jù)質(zhì)量評價(jià)系統(tǒng)3包括以下順序和步驟A、將飛行器飛到100米以上的高空，測量電磁系統(tǒng)的背景場，計(jì)算電磁測量系統(tǒng) 的系統(tǒng)噪聲；B、將飛行器飛降到10-30米飛行高度，測量大地背景場；C、鋪設(shè)閉合異常環(huán)，調(diào)整時(shí)間常數(shù)值，測量加入閉合異常環(huán)電磁數(shù)據(jù)和大地響應(yīng) 場數(shù)據(jù)，雙極性疊加、濾波處理；D、C-B_A=純閉合異常環(huán)電磁數(shù)據(jù)一對純閉合異常環(huán)電磁數(shù)據(jù)對數(shù)取樣積分處理 —繪制衰減曲線和剖面曲線一提取時(shí)間常數(shù)、異常半寬度特征值；E、輸入閉合異常環(huán)的電阻、電感測量值一計(jì)算時(shí)間常數(shù)一輸入發(fā)射電流、發(fā) 射-接收線圈參數(shù)、異常線圈參數(shù)一輸入線圈飛行參數(shù)一計(jì)算發(fā)射-異常線圈、接收-異常 線圈之間互感一計(jì)算異常線圈響應(yīng)；F、將實(shí)測數(shù)據(jù)提取的時(shí)間常數(shù)、異常半寬度值和計(jì)算異常線圈響應(yīng)一通過擬合方 程進(jìn)行擬合得擬合數(shù)據(jù)一計(jì)算系統(tǒng)絕對誤差、各時(shí)間道平均絕對誤差、相對誤差和剖面曲 線峰值偏離度一確定飛行高度、水平偏移誤差、垂直偏移誤差和放大倍數(shù)誤差一確定地空 電磁探測系統(tǒng)探測分辨率。閉合異常環(huán)響應(yīng)的計(jì)算為閉合異常環(huán)1用一個(gè)等效電感L和等效電阻R進(jìn)行近似，當(dāng)發(fā)射線圈中產(chǎn)生的交 變磁場，在閉合異常環(huán)1中產(chǎn)生感應(yīng)電流，寫為
權(quán)利要求
1.一種時(shí)間域地空電磁探測系統(tǒng)，包括空中和地面兩部分，空中部分是由飛行器(12) 載有的主GPS同步單元(10)、三分量接收機(jī)(6)、三分量接收線圈(8)和輔助參數(shù)測量單元 (11)組成，地面是由發(fā)射機(jī)GPS同步(9)、地面電性源發(fā)射機(jī)( 和地面長導(dǎo)線(7)組成，其 特征在于，地面記錄裝置GPS同步單元(4)連接的感應(yīng)信號記錄裝置O)、閉合異常環(huán)(1) 和數(shù)據(jù)質(zhì)量評價(jià)系統(tǒng)(3)。
2.按照權(quán)利要求1所述的時(shí)間域地空電磁探測系統(tǒng)，其特征在于，閉合異常環(huán)(1)是由 多匝線圈(14)經(jīng)精密電阻排(15)、精密電感排(16)和取樣單元(13)串接構(gòu)成的閉合環(huán)。
3.按照權(quán)利要求1所述的時(shí)間域地空電磁探測系統(tǒng)，其特征在于，感應(yīng)信號記錄裝置(2)是由數(shù)字DC/DC電源模塊連接PC104工控機(jī)，電流傳感器經(jīng)濾波、分放大電路、多級放大 電路、雙通道采集、對位AD采集電路和大容量FIFO與PC104工控機(jī)連接，取樣單元經(jīng)濾波、 差分放大電路、程控放大電路、雙通道采集、對位AD采集電路、時(shí)序產(chǎn)生和控制電路和GPS 同步控制電路與PC104工控機(jī)連接構(gòu)成。
4.按照權(quán)利要求1所述的時(shí)間域地空電磁探測系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)據(jù)質(zhì)量評價(jià)系統(tǒng)(3)包括以下順序和步驟A、將飛行器(12)飛到100米以上的高空，測量系統(tǒng)的背景場，計(jì)算電磁測量系統(tǒng)的系 統(tǒng)噪聲；B、將飛行器(1 飛降到10-30米飛行高度，測量大地背景場；C、鋪設(shè)閉合異常環(huán)，調(diào)整時(shí)間常數(shù)值，測量加入閉合異常環(huán)電磁數(shù)據(jù)和大地響應(yīng)場數(shù) 據(jù)，雙極性疊加、濾波處理；D、C-B-A=純閉合異常環(huán)電磁數(shù)據(jù)一對純閉合異常環(huán)電磁數(shù)據(jù)對數(shù)取樣積分處理一繪 制衰減曲線和剖面曲線一提取時(shí)間常數(shù)、異常半寬度特征值；E、輸入閉合異常環(huán)的電阻、電感測量值一計(jì)算時(shí)間常數(shù)一輸入發(fā)射電流、發(fā)射-接收 線圈參數(shù)、異常線圈參數(shù)一輸入線圈飛行參數(shù)一計(jì)算發(fā)射-異常線圈、接收-異常線圈之間 互感一計(jì)算異常線圈響應(yīng)；F、將實(shí)測數(shù)據(jù)提取的時(shí)間常數(shù)、異常半寬度值和計(jì)算異常線圈響應(yīng)一通過擬合方程進(jìn) 行擬合得擬合數(shù)據(jù)一計(jì)算系統(tǒng)絕對誤差、各時(shí)間道平均絕對誤差、相對誤差和剖面曲線峰 值偏離度一確定飛行高度、水平偏移誤差、垂直偏移誤差和放大倍數(shù)誤差一確定地空電磁 探測系統(tǒng)探測分辨率。
5.按照權(quán)利要求4所述的時(shí)間域地空電磁探測系統(tǒng)，其特征在于，閉合異常環(huán)響應(yīng)的 計(jì)算為閉合異常環(huán)1用一個(gè)等效電感L和等效電阻R進(jìn)行近似，當(dāng)發(fā)射線圈中產(chǎn)生的交變磁 場，在閉合異常環(huán)1中產(chǎn)生感應(yīng)電流，寫為
6.按照權(quán)利要求1所述的時(shí)間域地空電磁探測系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于，包括以 下順序和步驟·5. 1、選擇測試場地；·5. 2、飛行器(12)飛到100米以上高空測量系統(tǒng)的噪聲背景場； 5. 3、再將飛行器(12)飛降到10-30米飛行高度，測量大地的背景場； 5. 4、鋪設(shè)閉合異常環(huán)，調(diào)整閉合異常環(huán)的時(shí)間常數(shù)，測量加入閉合異常環(huán)電磁數(shù)據(jù)和 大地響應(yīng)場數(shù)據(jù)；·5. 5、改變不同飛行方向穿越異常環(huán)飛行測量閉合異常環(huán)響應(yīng)；·5. 6、切換電阻排或電感排，改變時(shí)間常數(shù)在0. Ims-IOms之間變化，測量異常環(huán)響應(yīng)；·5. 7、控制飛行器(1 ，改變不同飛行高度測量異常線圈環(huán)響應(yīng)；·5. 8、將測量數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)質(zhì)量評價(jià)系統(tǒng)，確定系統(tǒng)誤差、飛行幾何誤差、探測分辨率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種時(shí)間域地空電磁探測系統(tǒng)及標(biāo)定方法。地面記錄裝置GPS同步單元連接的感應(yīng)信號記錄裝置、閉合異常環(huán)、數(shù)據(jù)質(zhì)量評價(jià)系統(tǒng)和時(shí)間域地空電磁探測系統(tǒng)的標(biāo)定方法構(gòu)成。本發(fā)明采用閉合異常環(huán)感應(yīng)信號記錄裝置，實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電流、感應(yīng)電壓同時(shí)記錄，實(shí)現(xiàn)24位200Hz采樣率、帶寬為0-13KHz、放大器動態(tài)范圍160dB，而且具有與地面發(fā)射機(jī)、空中接收機(jī)GPS同步，并且在測量時(shí)，通過去除大地背景場數(shù)據(jù)，提取含幾何誤差的純閉合異常環(huán)電磁信號，輸入數(shù)據(jù)質(zhì)量評價(jià)系統(tǒng)，與計(jì)算的閉合異常環(huán)理論值進(jìn)行比較、擬合，確定系統(tǒng)誤差、幾何參數(shù)誤差以及時(shí)間域地空電磁探測系統(tǒng)的探測分辨率，實(shí)現(xiàn)電磁探測系統(tǒng)性能的測試和標(biāo)定。
文檔編號G01V13/00GK102096113SQ201010573168
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者嵇艷鞠, 曹婧華, 林君, 王言章, 王遠(yuǎn), 田培培, 符磊, 許洋鋮 申請人:吉林大學(xué)