本發(fā)明屬于地球物理勘探，尤其涉及一種三維瞬變電磁測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、瞬變電磁法通過發(fā)射瞬變電磁場并接收感應(yīng)信號，探測地下電性結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)方法多為地面固定測量，效率低且空間分辨率不足。二維車載瞬變電磁系統(tǒng)雖提升了效率，但在三維數(shù)據(jù)采集和處理上仍有局限。近地表高效探測中，探地雷達(dá)和瞬變電磁是最重要的方法。三維探地雷達(dá)技術(shù)在近地表探測中以其高分辨率、高效數(shù)據(jù)采集的特點，具有十分廣泛的應(yīng)用。然而探地雷達(dá)探測深度淺，難以對深度較大的目標(biāo)進(jìn)行探測。瞬變電磁采用相對低頻的電磁波在時間域?qū)Φ叵陆橘|(zhì)進(jìn)行探測，穿透深度相對較大。瞬變電磁探測基本原理是在發(fā)射線圈中施加脈沖電流產(chǎn)生瞬變電磁場，進(jìn)而在地下介質(zhì)中產(chǎn)生二次感應(yīng)渦旋電流場。在一次脈沖的間隙期間，通過接收線圈記錄感應(yīng)電壓或感應(yīng)磁場的變化情況，測量二次感應(yīng)渦流場的衰減特性，從而獲取地下地質(zhì)信息并對地下介質(zhì)進(jìn)行成像。為了恢復(fù)脈沖響應(yīng)，高功率多通道瞬態(tài)電磁系統(tǒng)同時記錄了發(fā)射波形及接地響應(yīng)，最終基于提取的接地脈沖響應(yīng)對高功率多通道瞬態(tài)電磁數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋。在國家重大科研和設(shè)備開發(fā)項目的支持下，高功率多通道瞬態(tài)電磁系統(tǒng)的研究已經(jīng)完成，該系統(tǒng)正在進(jìn)行系統(tǒng)的現(xiàn)場測試。發(fā)射機(jī)系統(tǒng)由發(fā)生器、非受控整流橋、脈寬調(diào)制dc/dc全橋轉(zhuǎn)換器、h逆變器橋和可產(chǎn)生prbs信號的模式發(fā)生器組成。采集站的動態(tài)范圍為160db，最小可檢測電壓為50nv，同步精度為5μs，采樣率為16ksps，數(shù)據(jù)傳輸基于tcp/ip協(xié)議。高功率多通道瞬態(tài)電磁系統(tǒng)通過接地線將prbs信號傳輸?shù)酱蟮?，同時記錄電磁場響應(yīng)和陸地上傳輸?shù)碾娏?。地球脈沖響應(yīng)可以通過反卷積獲得，最終通過計算地下視電阻率值以重建地下電阻率分布并定位所需的地質(zhì)目標(biāo)。

2、但在城市應(yīng)用中，常規(guī)瞬變電磁系統(tǒng)的線圈大，受干擾因素較多；城市地面探測空間受限不易開展測量工作?，F(xiàn)有技術(shù)中還提出了拖曳式瞬變電磁技術(shù)，進(jìn)行城市道路的瞬變電磁數(shù)據(jù)采集和成像，但這是一種單發(fā)單收系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)成像解釋中多解性比較嚴(yán)重，對地下災(zāi)害隱患的識別較難。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種三維瞬變電磁測量系統(tǒng)，針對三維探地雷達(dá)探測深度淺，和傳統(tǒng)二維瞬變電磁探測目標(biāo)識別難、形成三維探測效率低的問題，采用在近地表探測中具有較高穿透能力的瞬變電磁方法，實現(xiàn)近地表目標(biāo)三維探測及三維成像，解決二維瞬變電磁電阻率圖像解釋困難的問題，提高對地下三維目標(biāo)的成像和解釋精度，實現(xiàn)近地表的高精度探測。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種三維瞬變電磁測量系統(tǒng)，包括：

3、發(fā)射子系統(tǒng)、接收子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，且均集成在車載平臺；

4、所述發(fā)射子系統(tǒng)，用于將發(fā)射線圈產(chǎn)生的瞬變電磁信號發(fā)射給各個接收線圈；

5、所述接收子系統(tǒng)，用于接收各個接收線圈產(chǎn)生的電磁信號；

6、所述數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，用于對接收的電磁信號進(jìn)行處理，獲得地下三維電性結(jié)構(gòu)。

7、可選的，所述發(fā)射子系統(tǒng)包括電源模塊、gps接收模塊、無線收發(fā)模塊、顯示模塊、狀態(tài)監(jiān)測模塊和控制模塊；

8、所述電源模塊，用于給自身供電及發(fā)射線圈、接收線圈供電；

9、所述gps接收模塊，用于接收衛(wèi)星的同步信號經(jīng)過處理，獲得目標(biāo)區(qū)域的經(jīng)緯度信息和pps秒脈沖信號；

10、所述無線收發(fā)模塊，用于控制模塊與主機(jī)直接的無線通信；

11、所述顯示模塊，用于與所述控制模塊連接，顯示主機(jī)的狀態(tài)；

12、所述狀態(tài)監(jiān)測模塊，用于檢測整體系統(tǒng)的狀態(tài)；

13、所述控制模塊，用于將發(fā)射線圈的電流經(jīng)過電流傳感器采樣后，得到與電流成正比例的電壓信號，經(jīng)過相應(yīng)的濾波處理和放大電路后，進(jìn)入高速adc中，經(jīng)過fpga處理后得到電流樣。

14、可選的，所述電源模塊包括弱電單元和強(qiáng)電單元；

15、所述弱電單元，用于儀器自身的供電能量環(huán)路，能量來源于內(nèi)部12v鋰電池或者外接12v鋰電池，經(jīng)過選擇器后進(jìn)入電源控制器里面的dcdc變換電路，獲得儀器所需的不同種工作電壓；

16、所述強(qiáng)電單元，用于給線圈供電的能量環(huán)路，能量來源于外部發(fā)射線圈供電輸入口，經(jīng)過過流保護(hù)電路、過壓保護(hù)電路后進(jìn)入h橋，h橋驅(qū)動模塊提供合適的igbt驅(qū)動波形驅(qū)動h橋，通過發(fā)射線圈發(fā)射出去。

17、可選的，所述gps接收模塊包括：gps天線、lna放大器和控制器，其中所述gps天線接收到來自衛(wèi)星的同步信號后，經(jīng)過所述lna放大器預(yù)處理，獲得所需的經(jīng)緯度信息和pps秒脈沖信號。

18、可選的，所述無線收發(fā)模塊包括：天線和lna放大器，其中所述天線與所述lna放大器雙向連接，所述lna放大器與所述無線收發(fā)模塊雙向連接，且所述無線收發(fā)模塊與所述控制模塊雙向連接。

19、可選的，所述接收子系統(tǒng)包括信號處理模塊、gps定位模塊和控制測量模塊；

20、所述信號處理模塊，用于對接收線圈產(chǎn)生的電磁信號進(jìn)行處理，獲得處理后的電磁信號；

21、所述gps定位模塊，用于根據(jù)獲取的所需的經(jīng)緯度信息和pps秒脈沖信號進(jìn)行二次測量定位；

22、所述控制測量模塊，用于控制終端設(shè)備和參數(shù)設(shè)置，確定gps信號有效后，進(jìn)行測試和系統(tǒng)測量。

23、可選的，所述信號處理模塊包括信號預(yù)處理單元、信號放大濾波單元和adc單元；

24、所述信號預(yù)處理單元，用于對接收線圈產(chǎn)生的電磁信號進(jìn)行預(yù)處理，獲得預(yù)處理后的電磁信號；

25、所述信號放大濾波單元，用于將預(yù)處理后的電磁信號進(jìn)行放大濾波處理，獲得濾波后的電磁信號；

26、所述adc單元，用于將濾波后的電磁信號進(jìn)行數(shù)字處理，獲得數(shù)字信號。

27、可選的，所述數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)包括曲線歸一化單元、三維數(shù)據(jù)測量單元和數(shù)據(jù)成像單元；

28、所述曲線歸一化單元，用于采集的數(shù)據(jù)獲得1-12道的衰減曲線，根據(jù)一次場的分布對衰減曲線進(jìn)行歸一化，獲得1-12道的衰減曲線剖面圖；

29、所述三維數(shù)據(jù)測量單元，用于運行車載系統(tǒng)，連續(xù)測量進(jìn)行采樣，沿車行進(jìn)方向測點間距，獲得三維測量數(shù)據(jù)；

30、所述數(shù)據(jù)成像單元，用于對數(shù)據(jù)的衰減曲線形態(tài)和電阻率進(jìn)行成像，確定地下目標(biāo)的三維圖像。

31、本發(fā)明技術(shù)效果：

32、（1）探測效率方面：采用單發(fā)多收的數(shù)據(jù)測量模式，較傳統(tǒng)二維測量提高野外探測數(shù)據(jù)采集效率，節(jié)省工作時間，降低探測成本；

33、（2）探測能力方面：提高對地下目標(biāo)的探測能力，為地下目標(biāo)三維成像提供基礎(chǔ)并獲得目標(biāo)體三維結(jié)構(gòu)，獲得更多地下結(jié)構(gòu)信息；

34、（3）探測效果方面：在保證二維結(jié)構(gòu)體探測效果的同時，對于三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)體，特別是等軸狀目標(biāo)和線狀目標(biāo)探測上提供更好的探測效果；

35、（4）抗干擾方面：采用多個接收線圈，減輕單一線圈下方存在局部金屬物體而對瞬變電磁接收信號帶來的干擾。

技術(shù)特征：

1.一種三維瞬變電磁測量系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的三維瞬變電磁測量系統(tǒng)，其特征在于，

3.如權(quán)利要求2所述的三維瞬變電磁測量系統(tǒng)，其特征在于，

4.如權(quán)利要求2所述的三維瞬變電磁測量系統(tǒng)，其特征在于，

5.如權(quán)利要求2所述的三維瞬變電磁測量系統(tǒng)，其特征在于，

6.如權(quán)利要求1或4所述的三維瞬變電磁測量系統(tǒng)，其特征在于，

7.如權(quán)利要求6所述的三維瞬變電磁測量系統(tǒng)，其特征在于，

8.如權(quán)利要求1所述的三維瞬變電磁測量系統(tǒng)，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種三維瞬變電磁測量系統(tǒng)，涉及地球物理勘探技術(shù)領(lǐng)域，包括：發(fā)射子系統(tǒng)、接收子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，且均集成在車載平臺；所述發(fā)射子系統(tǒng)，用于將發(fā)射線圈產(chǎn)生的瞬變電磁信號發(fā)射給各個接收線圈；所述接收子系統(tǒng)，用于接收各個接收線圈產(chǎn)生的電磁信號；所述數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，用于對接收的電磁信號進(jìn)行處理，獲得地下三維電性結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用在近地表探測中具有較高穿透能力的瞬變電磁方法，實現(xiàn)近地表目標(biāo)三維探測及三維成像，解決二維瞬變電磁電阻率圖像解釋困難的問題，提高對地下三維目標(biāo)的成像和解釋精度，實現(xiàn)近地表的高精度探測。

技術(shù)研發(fā)人員：曾昭發(fā),王典,王增壽,彭彪,閆家賀,徐軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15