[实用新型]基于瞬变电磁法的探测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及电磁探测技术，特别涉及一种时间域电磁法(Time domain electromagnetic method)也称为瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Method，简写为TEM)探测技术。

背景技术

瞬变电磁法(TEM)是一种电磁探测技术，主要用于金属探测和矿物资源探测，瞬变电磁法在金属管道状态(如：平均厚度、腐蚀程度、渗漏等)评估中运用较为广泛。TEM利用发射天线中电流的瞬间变化产生脉冲电磁波(称为一次电磁场，或一次场)，在一次电磁场的激励下，被测物体内部由于电磁感应将产生随时间变化的感应电流，该感应电流又在周围空间激发二次电磁场(简称为二次场)，此二次场与被测导体的内部结构状态和参数相关，如管径、材质、管壁厚度、管内输送的介质等，这种脉冲瞬变响应具有时间上的可分性，这是实现管道状态检测的TEM技术基础。在此基础上利用接收天线接收该二次电磁场，分析并研究其与时间的变化关系，就可以对目标管线的当前状态进行定量和定性评估。现有技术用于产生一次电磁场的发射天线，通常采用一个矩形或环形线圈(一般为平面线圈，结构参见图1、图2和图3)，通过控制流过线圈的电流产生突变，激发一次场覆盖区域的金属导体产生二次电磁场辐射。以正方形线圈构成的发射天线为例，其产生的一次场覆盖范围近似为边长＝L+2h的正方形，其中，L为发射天线边长，h为探测深度。由于发射天线输出能量与L相关，为了得到一定的激发能量，L取值不能太小。可以看出，这种发射天线产生的一次场覆盖范围是发散的，随着探测深度的增加，电磁场覆盖范围增加，电磁场覆盖管段范围扩大。对于并行、交叉或靠近的管道，或者被测管道附近存在其他金属物体，由于他们产生的二次电磁场相互干扰，导致检测精度降低，甚至无法分辨有用信号和干扰信号。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种利用发射天线阵列实现空间电磁场分布向设定区域汇聚的基于瞬变电磁法的探测装置。

本实用新型解决所述技术问题，采用的技术方案是，基于瞬变电磁法的探测装置，包括用于产生瞬变电磁场的发射天线和用于接收所述瞬变电磁场激发的二次电磁场的接收天线，其特征在于，所述发射天线由至少2个线圈构成的线圈阵列组成，所述线圈阵列产生的电磁场向设定区域汇聚。

根据TEM的原理，发射天线产生的一次场覆盖范围愈小，测量的精度愈高。因此，本实用新型结合磁约束方法与瞬变电磁法，将瞬变电磁法一次场发射天线由单一线圈改为多个线圈组成的线圈阵列，通过调整阵列中各个线圈的相关参数，使其产生的电磁场矢量叠加后汇聚到设定区域，大大改善了发射天线产生的电磁场的发散性，使一次场的覆盖范围受到了约束。本实用新型利用磁约束方法提高了发射天线的汇聚性能，进行探测时能有效避免周围金属介质的干扰，能够有效克服并排管道对检测结果的影响，勘测深度可以提高，能够更精确的测量出小范围内管道参数，如管段平均厚度、直径、腐蚀情况等。

发射天线产生的电磁场，与线圈中流过的电流大小、相位(包括电流方向)有关，通过控制阵列中各个线圈的电流大小及其相位可以达到控制合成电磁场矢量方向和大小的目的，从而使线圈阵列产生的电磁场向设定区域汇聚。

阵列中各线圈的形状及其相对位置都与线圈阵列的合成电磁场矢量的大小、方向及场的分布有关系，适当地调整各线圈的形状和/或相对位置，可以使线圈阵列产生的电磁场向设定区域汇聚。

优选的，所述线圈阵列由2个线圈构成。

由2个线圈构成的阵列结构最简单，其合成电磁场矢量容易控制，分析计算也比较简单。特别是工程上容易实现，具有实际意义。

具体的，所述2个线圈分别位于2个平行的平面内，其在所述平面垂直方向的投影相接或至少有部分重叠。

该方案利用2个位于平行平面的线圈配置调整空间电磁场的分布，通过调整2个线圈之间垂直距离、重叠部分大小和形状等，可以控制合成电磁场在空间的汇聚方向和位置。2个线圈在其平面垂直方向的投影可以相接或有部分重叠，相接可以理解为重叠部分为0的情况。一般而言，对于重叠配置在两个平行平面内的线圈，合成电磁场主要集中在2个线圈重叠部分所覆盖的区域，即该线圈阵列产生的电磁场向重叠部分所覆盖的区域汇聚。

进一步的，在2个线圈重叠部分配置有第三线圈，所述第三线圈所在平面与所述2个线圈所在平面平行。

在2个线圈重叠部分配置第三线圈，可以通过调整第三线圈的形状、大小、配置位置、驱动电流等，进一步控制合成电磁场的空间汇聚，缩小一次场覆盖范围，提高汇聚性能。