[发明专利]一种瞬变电磁雷达探测系统及探测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种瞬变电磁类仪器及其探测方法。 

背景技术

利用电磁感应原理进行工程物探、找矿勘探的方法统称为电磁法，在地面工程中最常用的是地质雷达、瞬变电磁等技术，二者的区别在于发射脉冲电磁波的中心频率的不同，前者一般从12.5MHZ至1200MHZ，后者一般从0HZ至500HZ。 

地质雷达作为一种广谱的浅层物探技术，已广泛应用于工程场地勘察、工程质量检测、管网探测和考古探察等领域，具有快速、高效、非破坏性等特点。尽管已经取得了商业化的应用，但是地质雷达也有其局限性，表现在：（1）由于使用频率较高，电磁波的能量在地层中衰减很大，探测深度很浅；（2）一般不能确定地下目标体横向尺寸如管径大小、球状体、空洞的直径、管沟的宽度等；（3）获取的探测对象空间信息量太少，其资料解释具有多解性；（4）多次波及其他杂波干扰严重，原始记录的信噪比较低。 

瞬变电磁法在找矿、石油勘察中的应用较多，同时以其独特的优点（经济、无损、快速、精度高、信息丰富等）广泛应用于工程、环境、灾害地质调查等领域中。相比于地质雷达，瞬变电磁技术由于使用频率段较低，其探深能力较强，并有较高的横向分辨率，同时利用多种工作装置，如同点跟踪、偶极装置和大定回线源装置，可获得的探测对象信息量较大。目前瞬变电磁法在理论研究、仪器研制方面还处在初级阶段。一方面理论研究虽己解决了一维正反演问题，但在二、三维的研究还未达到应用程度，仪器大多是在国外仪器基础上的开发和改进，应用推广并不普遍；另一方面，对于地面工程，瞬变电磁探测主要是定点测量，与同属电磁法的地质雷达相比，探测效率较低，不适合在市区内进行大规模的探测。 

发明内容

本发明的目的是提供一种瞬变电磁雷达探测系统的探测方法，结合地质雷达与瞬变电磁二者优点，既能克服地面瞬变电磁探测定点测量的问题，实现移动扫描式探测，又可弥补地质雷达探测深度有限、横向定位困难及干扰严重等技术问题，最终实现地表至较大深度内地质体的快捷、便利及无损探测，并提供多种天线组合适应各类环境的工程检测。 

为实现以上目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种瞬变电磁雷达探测系统，其特征在于，包括雷达电磁发射系统、电磁采集系统和计算机；所述雷达电磁发送系统由能够连续发射脉冲式低频电磁信号的波形发射器、驱动器、输出级和电磁感应装置的发射天线组成，所述电磁采集系统由电磁感应的接收天线、信号放大器、滤波器、A/D转换器、FPGA及ARM处理器组成，该电磁采集系统的信号输出端与计算机连接；有一个测量轮利用箱体侧边的卡槽固定，并通过现场可编程门阵列FPGA及ARM处理器与计算机连接；有一根2芯同步电缆或者无线方式连接雷达电磁发送系统的同步电路至电磁采集系统的FPGA；所述电磁感应装置的发射天线与接收天线位于箱体或框体内，其外壳采用合成树脂材料或PVC管材，内部绕射匝数不等的发射线圈及接收线圈，在线圈上方附有屏蔽罩来屏蔽上方信号，线圈通过面板上的航空插头接口经信号电缆分别与雷达电磁发射系统、电磁采集系统连接，采集系统的通道数不小于16。

根据探测对象不同，发射天线与接收天线的组合排列形式对应为重叠回线装置、中心回线装置、偶极装置和大定回线源装置中的一种或两种及两种以上的组合；根据探测深度不同，对应不同匝数、边长、电阻的发射及接收天线，发射及接收天线由匝数不等的漆包铜线绕射而成，发射电流30-50A；天线采用框体结构或者箱体结构，其中框体结构为PVC管材，发射及接收线圈通过二芯信号电缆分别连接至二芯航空插头，箱体结构为合成树脂材质，箱内线圈上方附有屏蔽罩，由牵引绳拖拽前进，发射及接收线圈通过二芯信号电缆连接至四芯航空插头。 

雷达电磁发射部分的波型发送器输出回路，采用可控硅与VMOS管结合的方式。 

一种瞬变电磁雷达探测系统的探测方法，电磁发送机供电时输出方波、半正弦、三角等供电波形的电路至发射天线并产生一次磁场，同时利用同步电缆将信号同步至FPGA控制采集电路，发送机断电后目标体中产生感应电流并产生二次磁场，利用连续脉冲及图像的实时采集，可实现对介质体的快速扫描式探测，即接收天线观测到二次磁场产生感应电流并发送到信号采集器，通过不间断的脉冲发射及实时采集，并利用瞬变电磁处理分析方法进行数据处理及成像，判断电磁波传播通过介质的地质情况。 

该系统有时间方式连续测量、测量轮触发和手动点测方式三种测量方式。 

电磁发送机能发射0.25HZ、2.5HZ、6.25HZ、25HZ、50HZ等以50为周倍频率的电磁信号。