CN101305298A - 用于进行电磁探测的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及地球表面的电磁探测。在本发明的方法中，向初级线圈供电以产生一次场，并且该一次场被施加到地球，接收器在地球表面上移动，用于检测由地球响应该一次场而产生的二次场。依据本发明，亥姆霍茨线圈(14.1，14.2)按照预定的阵列布置，并且按照这样的方式供电：在容纳该接收器的体积内，产生用于至少部分地抵消地球磁场的磁场。本发明还提供用于实施这种方法的装置。

Description

用于进行电磁探测的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于进行电磁探测即地球物理勘测的方法和装置。
背景技术
众所周知，在电磁探测系统中使用大功率发射器，其依靠发射器回路产生一次(primary)的随时间变化的电磁场。该一次场在地球中激发电流，该电流反过来产生二次(secondary)场。接收器检测到的该二次场可用于例如地球成分的分析。
在该系统中使用的装置在地球表面上移动以实现必需的勘测。然而，接收器在地球的自然磁场中的移动导致信号噪声的产生。
本发明寻求提供一种探测方法，其中，因接收器穿过地球磁场移动而产生的信号噪声至少被减小。
发明内容
依据本发明的一个方面，提供了一种进行电磁探测的方法，其中，向初级线圈供电以产生一次场，该一次场被施加到地球，用于检测地球响应于一次场而产生的二次场的接收器，该接收器在地球表面上移动，其特征在于，该方法包括以下步骤：以预定的阵列来布置亥姆霍茨(Helmholtz)线圈，并且向该线圈供电以使得线圈在容纳该接收器的体积内产生用于至少部分地抵消地球磁场的磁场。
进一步依据本发明，提供了用于进行电磁探测的装置，其中，向初级线圈供电以产生一次场，该一次场被施加到地球，用于检测地球响应于一次场而产生的二次场的接收器，该接收器在地球表面上移动，该装置包括：以预定的阵列方式布置的亥姆霍茨线圈，以及向线圈供电的装置，以使得该线圈在容纳该接收器的体积内产生用于至少部分地抵消地球磁场的磁场。
该方法和装置的其他特征在下面描述并且在附后的权利要求中提出。
附图说明
现在，参照用于概略地说明本发明装置的附图，仅以示例的方式，对本发明予以详细说明。
具体实施方式
图中表示出框架10，该框架10由沿着立方体的边缘布置的多个构件12构成。框架支撑三个同样的亥姆霍茨线圈对14，每一对都包括间隔开的线圈14.1，14.2。实际上，框架10和线圈对14形成笼状结构(cage)。
在运行中，电磁探测装置的接收器被安装在该笼状结构的中心。本领域技术人员将认识到，该探测装置(为清楚起见，图中未显示)包括作为大功率发射器以产生随时间变化的一次电磁场的初级线圈，以及接收器。当该装置在地球表面上移动时，例如在飞行器或表面运输工具上，一次场被施加到地球，并且接收器拾取地球因响应该一次场而产生的二次电磁场。
如上所述，接收器穿过地球的自然磁场移动产生寄生噪声信号。依据本发明，通过按照这样的方式布置亥姆霍茨线圈对和向其供电，该寄生噪声信号至少被减小：在由线圈形成的笼状结构内部即接收器附近，产生至少近似等于地球磁场并且与地球磁场反向的合成磁场。
如下所述，用于控制供给到亥姆霍茨线圈对的电力的三个可选择的系统设计如下：
1.在开环控制系统中，每一个亥姆霍茨线圈对中的电流首先依据所探测的特定区域中的地球磁场的已有知识来设定，其次依据探测装置在地球表面上移动的实时情况设定。可以预见，该系统能够成功地减小噪声达90％，转化为信噪比达到20dB的改善。
2.在半闭环控制系统中，通过远离探测装置的接收器的矢量磁场传感器实时感测地球场。然后响应检测到的场信号，电流源驱动适当的亥姆霍茨线圈或线圈对。该控制信号可以是带宽受限制的，以消除一次场和由亥姆霍茨线圈对构成的抵消装置之间的相互作用。根据反馈常数采用适当的补偿，考虑抵消磁场对感测地球磁场的传感器的可能的影响，可以预见，声可以减少多达98％的噪，转化为34dB的信噪比改善。
3.在闭环控制系统中，上面提及的矢量磁场传感器可以位于抵消体积(nulling volume)中，并且可能地位于该接收装置自身中。这种情况下，静态的或者缓慢变化的磁场例如地球磁场的存在被完全闭合的回路系统检测并消除。在这种方案下，可以预见，能够消除多达99.5％的地球场，转化为超过46dB的信噪比改善。
虽然具体提及由三个线圈对组成的、彼此形成相互垂直的关系的亥姆霍茨线圈阵列，但这种特定的结构不是必需的。可以预见，在容纳接收器的抵消体积中，适当设计的亥姆霍茨线圈对的其他阵列方式同样可以用于产生可有效地抵消地球场的磁场。

Claims (17)

1.一种用于进行电磁探测的方法，其中，向初级线圈供电以产生一次场，该一次场被施加到地球，并且接收器在地球表面上移动，该接收器用于检测地球响应一次场而产生的二次场，其特征在于，该方法包括以下步骤：按照预定的阵列布置亥姆霍茨线圈，并且向所述亥姆霍茨线圈供电，使得所述亥姆霍茨线圈在容纳所述接收器的体积内产生用于至少部分地抵消地球磁场的磁场。
2.如权利要求1所述的方法，其中，按照彼此垂直的关系在容纳所述接收器的体积周围布置亥姆霍茨线圈对。
3.如权利要求2所述的方法，其中，按照彼此垂直的关系在容纳所述接收器的体积周围布置三个亥姆霍茨线圈对。
4.如权利要求3所述的方法，其中，按照彼此垂直的关系在所述体积周围的框架上支撑所述三个亥姆霍茨线圈对。
5.如权利要求4所述的方法，其中，按照彼此垂直的关系在立方体状的框架周围布置所述三个亥姆霍茨线圈对。
6.如上述任一权利要求所述的方法，其中，所述亥姆霍茨线圈成对布置，并且按照开环系统向所述亥姆霍茨线圈供电，在所述开环系统中，依据进行探测的特定区域中的地球磁场的已有知识，以及依据接收器在地球表面上移动的实时情况，设定每个亥姆霍茨线圈对中的电流。
7.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，所述亥姆霍茨线圈成对布置，并且按照半闭环系统向所述亥姆霍茨线圈供电，在所述半闭环系统中，通过远离所述接收器的矢量磁场传感器实时检测地球磁场，并且依据所述磁场传感器产生的控制信号为所述亥姆霍茨线圈对供给电流。
8.如权利要求8所述的方法，其中，所述控制信号是带宽受限的，以消除一次场和由亥姆霍茨线圈对产生的抵消磁场之间的相互作用。
9.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，所述亥姆霍茨线圈成对布置，并且按照闭环系统向所述亥姆霍茨线圈供电，在所述闭环系统中，通过位于容纳所述接收器的体积内的矢量磁场传感器实时检测地球磁场，并且依据所述磁场传感器产生的控制信号为所述亥姆霍茨线圈对供给电流。
10.一种用于进行电磁探测的装置，其中，向初级线圈供电以产生一次场，该一次场被施加到地球，并且接收器在地球表面上移动，该接收器用于检测地球响应一次场而产生的二次场，该装置包括：按照预定的阵列布置的亥姆霍茨线圈，和用于向所述亥姆霍茨线圈供电的装置，使得所述亥姆霍茨线圈在容纳该接收器的体积内产生用于至少部分地抵消地球磁场的磁场。
11.如权利要求10所述的装置，包括，按照彼此垂直的关系布置在容纳所述接收器的体积周围的亥姆霍茨线圈对。
12.如权利要求11所述的装置，包括，按照彼此垂直的关系布置在容纳所述接收器的体积周围的三个亥姆霍茨线圈对。
13.如权利要求12所述的装置，包括围绕所述体积的框架，所述三个亥姆霍茨线圈对按照彼此垂直的关系被支撑在所述框架上。
14.如权利要求13所述的装置，包括，所述框架包括布置在立方体边缘的构件。
15.如权利要求10至14中任一项所述的装置，包括，成对布置的亥姆霍茨线圈，以及按照开环系统，依据进行探测的特定区域的地球磁场的已有知识，以及依据接收器在地球表面上移动的实时情况为所述亥姆霍茨线圈供电的装置。
16.如权利要求10至14中任一项所述的装置，包括，成对布置的亥姆霍茨线圈，远离所述接收器以实时检测地球磁场的矢量磁场传感器，以及按照半闭环系统，依据所述矢量磁场传感器产生的控制信号为所述亥姆霍茨线圈对提供电流的装置。
17.如权利要求10至14中任一项所述的装置，包括，成对布置的亥姆霍茨线圈，位于容纳所述接收器的体积内以实时检测地球磁场的矢量磁场传感器，以及按照闭环系统，依据所述矢量磁场传感器产生的控制信号为所述亥姆霍茨线圈供电的装置。
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