一种瞬变电磁获取装置及瞬变电磁信号获取方法

摘要

本发明涉及瞬变电磁技术领域，公开了一种瞬变电磁获取装置及瞬变电磁信号获取方法，包括三角形支架，三角形支架顶端设有多根天线，且天线与三角形支架顶端转动连接；三角形支架上连接有瞬变电磁传感器，瞬变电磁传感器包括空心线圈，空心线圈外面包裹有第一外壳，空心线圈与电池和放大器分别连接，电池和放大器均设置在空心线圈下方，利用此装置在采集电磁响应信号时动态调节天线的作用长度和角度，从而提高对电磁响应信号的采集精度。本发明具有根据采集环境变化自动调节电磁信号采集过程，提高电磁信号采集精度，实现精准勘探的有益效果。

说明书

技术领域

本发明涉及瞬变电磁技术领域，具体涉及一种瞬变电磁获取装置及瞬变电磁信号获取方法。

背景技术

瞬变电磁法是一种利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈、磁探头或者接地电极观测二次涡流场的方法，简单而言，瞬变电磁法就是对于电磁感应定律的应用。近年来，瞬变电磁法在矿产勘查和工程勘查方面得到了广发的开发应用，具有穿透高阻和低阻层能力强、勘探深度深等特点。

目前瞬变电磁相关设备仪器在野外作业时，一些特殊地形会对信号的采集产生干扰，而此时则需要工作人员根据丰富的经验来调整采集设备，尽量减小环境对磁场响应信号的干扰，达到精准勘探的目的，虽然该方式能够提高对瞬变电磁信号的采集精度，但是其同时对操作采集设备的工作人员的要求较高，而对于刚接触勘探工作的新人来说，其没有对应的丰富的勘探经验储备，在环境对电磁信号采集造成干扰时无法利用经验来调节设备，也就无法有效保证对瞬变电磁信号的采集精准度。

因此本方案旨在开发一种针对不同地形、不同工作环境，能够进行自我调节保证瞬变电磁信号采集精度的装置。

发明内容

本发明意在提供一种瞬变电磁获取装置及瞬变电磁信号获取方法，以解决现有瞬变电磁设备测量时不能自动调节采集精度的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种瞬变电磁获取装置，包括三角形支架，三角形支架顶端设有多根天线，且天线与三角形支架顶端转动连接；三角形支架上连接有瞬变电磁传感器，瞬变电磁传感器包括空心线圈，空心线圈外面包裹有第一外壳，空心线圈与电池和放大器分别连接，电池和放大器均设置在空心线圈下方。

本方案的原理及优点是：实际应用时，利用空心线圈接收反射回来的电磁信号，并且针对不同的采集环境和采集位置设有不同的调整策略，利用天线的调整来增强信号接收强度，从而提高电磁信号的采集精度。本发明相比于现有技术，优点在于能够通过实时调整天线的角度和长度，从而提高对电磁信号的采集精度，并且通过对采集地形的针对性选择，避免地形的影响对采集信号造成损耗，从而提高瞬变电磁获取装置的采集精准度，以及提高对瞬变电磁信号的采集效率。

优选的，作为一种改进，三角形支架的上端设有法兰盘，法兰盘上连接有多根第一支脚，第一支脚均连接有第二支脚。

有益效果：通过设置的第一支脚和第二支脚，能够调整支脚的长度和位置，使瞬变电磁获取装置在不同的地形都能够稳定放置，保证装置对电磁信号的采集准度，从而提高瞬变电磁获取装置的应用范围。

优选的，作为一种改进，第二支脚与第一支脚铰接连接。

有益效果：将第二支脚与第一支脚采用铰接的连接方式，不仅能够保证两段支脚连接的稳固性，同时也不会影响支脚的延伸尺寸，因此瞬变电磁信号获取装置能够通过支脚的随意性改变适用于任何野外工作地形，从而提高本装置的应用范围。

优选的，作为一种改进，天线为可伸缩天线。

有益效果：为保证信号的采集强度，将天线设置为可以伸缩型的天线，通过改变天线的有效作用长度，从而提高天线的对电磁信号采集的辅助作用强度，增强本装置对电磁信号的获取能力和精准度。

本发明还提供了一种瞬变电磁信号获取方法，采用如上述的一种瞬变电磁获取装置，包括以下步骤：

步骤S1，向地下发射脉冲磁场，然后利用空心线圈和天线采集地下的磁场响应信号；

步骤S2，根据不同的采集环境对瞬变电磁获取装置进行调节，调节过程中实时获取磁场响应信号，并根据环境变化动态调整线圈信号和天线信号的权重得到第一磁场响应信号；

步骤S3，由第一磁场响应信号得到第一感应电动势，再利用放大器放大第一感应电动势得到第二感应电动势，并将第二感应电动势发送至接收设备。

通过线圈和天线的配合采集，实现对电磁信号的精准获取，且天线根据不同的环境进行不同角度和作用长度的调节，不仅能够有效保证对电磁信号的获取精准度，同时也能够有效提高电磁信号的采集范围，进而增强本装置对电磁信号的获取能力，另一方面线圈和天线采集到的信号还会进行权重分配，进一步提高对电磁信号的采集能力和采集精度。

优选的，作为一种改进，根据不同的采集环境对瞬变电磁获取装置进行调节为，先进行瞬变电磁获取装置位置的判断，包括对所处位置在山脚、山腰或者山顶的判断，再判断当前所处位置的海拔高度，最后判断采集点的坡度大小，然后根据判断结果对天线进行调节。

有益效果：根据不同的环境对采集装置进行智能调节，从而更好地保证对电磁信号的采集精度，同时还能够尽快使装置达到最理想的工作状态，节约调节过程时间，提高电磁信号采集效率。

优选的，作为一种改进，对天线进行调节为，

若瞬变电磁获取装置位于山脚处，则先调节第一天线的角度至第一预设位置，再调节第二天线的角度至第二预设位置，最后调节第三天线的角度至第三预设位置；

若瞬变电磁获取装置位于山腰处，则先调节所有天线的长度至第一长度位置，再调节天线的角度至第一预设角度；

若瞬变电磁获取装置位于山顶处，则先调节所有天线的长度至第二长度位置，再调节靠近山体一侧的天线的角度至第一角度位置，最后调节剩余天线的角度至第二角度位置；

若瞬变电磁获取装置当前所处位置的海拔高度在第一海拔区间内，则同时调节所有天线的角度至规划位置；

若瞬变电磁获取装置当前所处位置的海拔高度在第二海拔区间内，则先调节第一天线的角度，再依次调节第二天线、第三天线的角度；

若瞬变电磁获取装置当前所处位置的海拔高度在第三海拔区间内，则先调节所有天线的长度，再调节第一天线的角度至中转角度位置，再调节第二天线的角度至第二预设角度位置，最后调节第三天线的角度至第三预设位置；

若瞬变电磁获取装置当前所在位置的坡度在预设范围内，则先调节三角形支架的作用长度，再调节天线的角度和长度；若超出预设范围，则先调节三角形支架的偏转角度，然后再调节天线的角度和长度。

有益效果：根据获取装置所处位置的不同情况以及海拔、坡度等的不同情况来针对性调整天线，使天线对瞬变电磁信号的采集状态达到最佳，最快完成对电磁信号的采集，避免采集时间过长导致大地电导率的影响越大，增强装置对电磁信号的采集的强度，从而提高对信号的采集精准度，针对不同的地理环境对瞬变电磁信号的影响不同，从而实现针对性调节，保证瞬变电磁信号的顺利获取。

优选的，作为一种改进，在进行瞬变电磁信号获取时，根据采集点不同的地形对信号采集作不同的处理，若采集点位于山脊，则收回天线并利用屏蔽装置将天线屏蔽，若采集点位于山谷，则增长天线有效长度。

有益效果：通过对山脊、山谷的研究发现对电磁信号的影响最大，从而在采集时针对具体的影响方式改变采集天线的作用，从而将山脊和山谷的影响降低到最小范围，保障瞬变电磁信号的采集精准度和强度。

优选的，作为一种改进，由磁场响应信号得到第一感应电动势时，利用公式e＝-jωNSB进行转化，式中，e为空心线圈两端的感应电动势；ω为大地磁场的角频率；N为空心线圈的匝数；S为空心线圈围成的横面的横截面积；B为磁场响应信号。

有益效果：利用此公式将得到的磁场响应信号转化为感应电动势，从而便于后续对电磁信号的数据化分析，进而分析出检测目标的地质情况。

附图说明

图1为本发明一种瞬变电磁获取装置实施例一的结构示意图。

图2为本发明一种瞬变电磁信号获取方法实施例一的流程示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的标记包括：三角形支架1、瞬变电磁传感器2、天线3、空心线圈4、第一外壳5、电池6、放大器7、法兰盘8、第一支脚9、第二支脚10。

实施例一：

本实施例基本如附图1所示：一种瞬变电磁获取装置，包括三角形支架1，三角形支架1包括三根对称设置的支脚和起承载连接作用的法兰盘8，法兰盘8设置在三角形支架1的上端，法兰盘8的下端面连接有三根第一支脚9，每一根第一支脚9还铰接连接有可伸缩的第二支脚10；三角形支架1上连接有瞬变电磁传感器2，瞬变电磁传感器2包括空心线圈4，空心线圈4外面包裹有第一外壳5，三角形支架1顶端的第一外壳5上端设有三根可伸缩的天线3，且天线3与第一外壳5的连接方式为可转动连接，空心线圈4与电池6和放大器7分别连接，电池6和放大器7均设置在空心线圈4下方。

如附图2所示，本发明还提供了一种采用上述一种瞬变电磁获取装置的瞬变电磁信号获取方法，包括以下步骤：

步骤S1，向地下发射脉冲磁场，然后利用空心线圈4和天线3采集地下的磁场响应信号；

步骤S2，根据不同的采集环境对瞬变电磁获取装置进行调节，调节过程中实时获取磁场响应信号，并根据环境变化动态调整线圈信号和天线3信号的权重得到第一磁场响应信号；

步骤S3，由第一磁场响应信号得到第一感应电动势，再利用放大器7放大第一感应电动势得到第二感应电动势，并将第二感应电动势发送至接收设备。

根据采集环境进行调节时，先进行瞬变电磁获取装置位置的判断，包括对所处位置在山脚、山腰或者山顶的判断，再判断当前所处位置的海拔高度，最后判断采集点的坡度大小，然后根据判断结果对天线3进行调节，

若瞬变电磁获取装置位于山脚处，则先调节第一天线的角度至第一预设位置，即与地面垂直处；再调节第二天线的角度至第二预设位置，即与地面的角度为60度位置；最后调节第三天线的角度至第三预设位置，即与地面的角度为45度位置；

若瞬变电磁获取装置位于山腰处，则先调节所有天线3的长度至第一长度位置，再调节三根天线的角度至第一预设角度，即三根天线相互之间的角度为120度，且与地面呈75度；

若瞬变电磁获取装置位于山顶处，则先调节所有天线3的长度至第二长度位置，再调节靠近山体一侧的天线3的角度至与地面呈15度，最后调节剩余天线3的角度至与地面呈45度；

若瞬变电磁获取装置当前所处位置的海拔高度在第一海拔区间2000米以内，则同时调节所有天线3的角度至规划位置，即与地面呈60度且三根天线3互相之间呈120度；

若瞬变电磁获取装置当前所处位置的海拔高度在第二海拔区间2000-4000米内，则先调节第一天线的角度至与地面呈80度，5秒钟后再依次调节第二天线、第三天线的角度至与地面呈80度；

若瞬变电磁获取装置当前所处位置的海拔高度在第三海拔区间4000米以上，则先调节所有天线3的长度至最大作用长度，再调节第一天线的角度至中转角度位置，即与地面呈45度，再调节第二天线的角度至与地面呈72度，最后调节第三天线的角度至与地面成90度；

若瞬变电磁获取装置当前所在位置的坡度在预设范围60度以内，则先调节三角形支架1的作用长度，再调节天线3的角度和长度；若坡度超出60度，则先调节三角形支架1的偏转角度，然后再调节天线3的角度和长度。

采集到磁场响应信号后，由第一磁场响应信号得到第一感应电动势时，利用公式e＝-jωNSB进行转化，式中，e为空心线圈4两端的感应电动势；ω为大地磁场的角频率；N为空心线圈4的匝数；S为空心线圈4围成的横面的横截面积；B为磁场响应信号。

本实施例中的勘探地点选择在海拔高度在第二海拔区间内的山腰处，且瞬变电磁信号获取装置的放置地点的坡度在预设范围60度以内。

在向地下发射脉冲磁场后利用瞬变电磁获取装置采集电磁响应信号时，针对不同的采集环境需要进行抗干扰的设备调节，以往都十分依赖于操作人员丰富的勘探工作经验来完成，而现在则是根据不同的地理环境、采集环境，预先设定不同的调节策略，在进行瞬变电磁信号采集时，能够实时自动进行信号采集手段的调节，不仅脱离了工作经验的掣肘，同时还能够快速准确完成信号采集调节，实现了瞬变电磁响应信号的精准采集，极大程度上提高了地质勘探的精准度。

本实施例的具体实施过程如下：

第一步，选择好勘探目标点，然后将瞬变电磁获取装置的三角形支架1伸展开，利用第一支脚9以及第二支脚10的配合稳定瞬变电磁获取装置，然后利用发射器向地下发射脉冲磁场。

第二步，利用瞬变电磁传感器2的空心线圈4和天线3对地下的磁场响应信号进行采集，并根据不同的采集环境对瞬变电磁获取装置进行调节，先进行瞬变电磁获取装置位置的判断，包括对所处位置在山脚、山腰或者山顶的判断，再判断当前所处位置的海拔高度，最后判断采集点的坡度大小，根据判断当前位置为山腰处，海拔高度在第二海拔区间内且采集点的坡度在预设范围60度以内；则先三角形支架1的作用长度，然后调节所有天线3的长度至第一长度位置，再调节三根天线的角度至第一预设角度，即三根天线相互之间的角度为120度，且与地面呈75度；调节完成后3秒钟时，调节第一天线的角度至与地面呈80度，5秒钟后再依次调节第二天线、第三天线的角度至与地面呈80度。

第三步，调节过程中利用空心线圈4和天线3实时获取磁场响应信号，并根据环境变化动态调整线圈信号和天线3信号的权重得到第一磁场响应信号，最后利用公式e＝-jωNSB将第一磁场响应信号转化得到第一感应电动势，再利用放大器7放大第一感应电动势得到第二感应电动势，并将第二感应电动势发送至接收设备。

随着瞬变电磁在地质勘探等领域的开发应用，以及地质要求的精准度越来越高的前提下，为保证，针对瞬变电磁信号获取的装置的要求也越来越高，因此针对瞬变电磁信号获取装置的改进一直都是热门事项，目前对于装置的改进，一般都集中在改进装置的放置机构，使装置能够适应于更多的野外地形，而针对野外复杂的工作环境，为有效避免环境对于电磁信号造成干扰提高信号采集的精准度，往往都需要工作人员依据工作经验对信号获取装置进行实时调节，从而保证对电磁响应信号的获取精准度，达到精准勘探的目的，但是这样的采集方式不利于大面积推广，因为对于刚刚接触这项工作的新人而言，并没有工作经验可以来作为调节参考，因此导致难以实现高精度地质勘探。

而本方案中，则是利用在三角形支架1的顶部设置天线3，利用预设的天线3在不同采集环境下的调节策略，例如对于山脚、山腰和山顶的判断，以及所处位置地理海拔高度和坡度的判断，通过改变天线3的伸展长度以及天线3的角度，以及配合三角形支脚和空心线圈4实现电磁响应信号的采集，实时调整装置对于瞬变电磁信号采集的灵敏度和精度，避免因野外工作的环境的复杂情况导致对空心线圈4的信号采集产生不利影响，不仅能够保证电磁信号的采集工作顺利进行，并且通过对采集地形的针对性选择，避免地形的影响对采集信号造成损耗，从而提高瞬变电磁获取装置的采集精准度，以及有效提高了对瞬变电磁信号的采集效率。

实施例二：

本实施例基本与实施例一相同，区别在于：获取磁场响应信号时根据环境变化动态调整线圈信号和天线3信号的权重，若天线3调整角度范围不超过30度，则电磁响应信号采集时线圈信号占比70％，天线3信号占比30％；若天线3调整角度范围大于30度，则电磁响应信号采集时线圈信号占比40％，天线3信号占比60％。

本实施例的具体实施过程与实施例一相同，区别在于：

第三步，调节过程中利用空心线圈4和天线3实时获取磁场响应信号，并根据环境变化动态调整线圈信号和天线3信号的权重，其中线圈信号占比40％，天线3信号占比60％，得到第一磁场响应信号，最后利用公式e＝-jωNSB将第一磁场响应信号转化得到第一感应电动势，再利用放大器7放大第一感应电动势得到第二感应电动势，并将第二感应电动势发送至接收设备。

考虑到采集点环境的复杂多变性，为保证电磁响应信号采集的精准性，通过实时调整空心线圈4和天线3采集到的信号的权重，从而保证采集到的电磁响应信号的有效性，进一步提高对瞬变电磁信号的获取精准性，提高地质勘探效果。

实施例三：

本实施例基本与实施例一相同，区别在于：在进行瞬变电磁信号获取时，根据采集点不同的地形对信号采集作不同的处理，若采集点位于山脊，则收回天线3并利用屏蔽装置将天线3屏蔽，若采集点位于山谷，则增长天线3有效长度。

本实施例的具体实施过程与实施例一相同，区别在于：

第二步，利用瞬变电磁传感器2的空心线圈4和天线3对地下的磁场响应信号进行采集，并根据不同的采集环境对瞬变电磁获取装置进行调节，先进行瞬变电磁获取装置位置的判断，包括对所处位置在山脚、山腰或者山顶的判断，再判断当前所处位置的海拔高度，最后判断采集点的坡度大小，根据判断当前位置为山腰处，海拔高度在第二海拔区间内且采集点的坡度在预设范围60度以内；则先三角形支架1的作用长度，然后调节所有天线3的长度至第一长度位置，再调节三根天线的角度至第一预设角度，即三根天线相互之间的角度为120度，且与地面呈75度；调节完成后3秒钟时，调节第一天线的角度至与地面呈80度，5秒钟后再依次调节第二天线、第三天线的角度至与地面呈80度；最后判断采集点的位置，若位于山脊，则收回天线3并利用屏蔽装置将天线3屏蔽，若采集点位于山谷，则增长天线3有效长度。

山脊地形和山谷地形都能够对瞬变电磁响应信号造成一定程度的干扰，相同几何尺寸的山谷地形比山脊地形对电磁响应的影响更大，山谷地形对电磁响应的影响是减小某个时间段内的二次场响应，而山脊地形则是增强一定时间段内的二次场响应，因此针对山脊和山谷地形对天线3作区别调整，能够尽可能减小地形的影响，提高瞬变电磁响应信号的采集精准度。

实施例四：

本实施例基本与实施例一相同，区别在于：在进行电磁信号采集时，在干扰源为中心与原发射线框相对称的位置放置另一个相同的发射线框来控制人为设施干扰，利用该措施来尽可能降低干扰信号。

本实施例的具体实施过程与实施例一相同，区别在于：

第一步，选择好勘探目标点，然后将瞬变电磁获取装置的三角形支架1伸展开，利用第一支脚9以及第二支脚10的配合稳定瞬变电磁获取装置，然后利用发射器向地下发射脉冲磁场，同时选择在测试目标点附近增设防干扰设备，在以人工干扰源为中心与原发射线框相对称的位置放置另一个相同的发射线框来进行脉冲磁场的发射。

利用瞬变电磁法在野外进行作业时，会遇到很多干扰，其中最常见的就是人为设施的干扰，另一种则是电磁噪声，为避免干扰源对瞬变电磁信号的采集造成干扰，利用在以人工干扰源为中心与原发射线框相对称的位置放置另一个相同的发射线框来进行干扰的屏蔽，从而提高信号的采集能力和精度，保证瞬变电磁信号的顺利采集。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。