[发明专利]一种应用于电磁勘探系统中的感应线圈的设计方法

说明书

本发明公开了一种应用于电磁勘探系统中的感应线圈的设计方法，包括：S1，根据电磁勘探系统的指标要求，预设电磁线圈骨架模型和结构参数；S2，基于电磁线圈骨架模型和结构参数，分别计算同段内同层相邻匝间的部分电容、同段内不同层间相邻匝间的部分电容以及段间相邻匝间的部分电容；S3，根据能量守恒定律得出电磁感应线圈各部分储存电能的总和，得到电磁线圈的整体等效电容值；S4，验证感应线圈性能是是否达标。本发明提供的应用于电磁勘探系统中的感应线圈的设计方法，基于多段线圈模型，通过等效电路和单元化分析，得到固定段数、变化段数及不同缠绕方式线圈的数学分析模型，通过模型可以较好的评估特性参数，方便了线圈的设计和生产。

技术领域

本发明涉及感应线圈设计技术领域，特别是涉及一种应用于电磁勘探系统中的感应线圈的设计方法。

背景技术

传统的感应线圈设计依据是利用电感线圈的等效RLC谐振特性，对其传递函数和频率响应进行分析。然而在实际电磁勘探系统应用中，为了加大探测的范围，感应线圈需具备宽带工作特性，这就需要尽量压低线圈结构的电容数值。根据电路参数的分析方法可知，电容元件串联连接方式可以有效降低电容数值。因此，为了提升线圈的工作带宽，往往采取分段结构形式，使线圈电容形成串联的布局。但是在已有的线圈模型的探索过程中，并没有对分段线圈模型给予完整的分析和研究。

在实际电磁勘探系统应用中，为了加大深地探测的范围，感应线圈需具备宽带工作特性，这就需要尽量压低线圈结构的电容数值。根据电路参数的分析方法可知，电容元件串联连接方式可以有效降低电容数值。因此，为了提升线圈的工作带宽，往往采取分段结构形式，使线圈电容形成串联的布局。现有线圈模型中，通过等效电路和单元化分析，给出了固定层数，变化层数及不同缠绕方式线圈的数学分析模型，但缺少对于实际多段结构的线圈完整计算过程、性能分析和参数评估。为了确定线圈的物理参数本征关系，需要进一步改善线圈设计的解析模型来进行分析和计算。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于电磁勘探系统中的感应线圈的设计方法，基于多段线圈模型，通过等效电路和单元化分析，得到固定段数、变化段数及不同缠绕方式线圈的数学分析模型，通过模型可以较好的评估特性参数，方便了线圈的设计和生产。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种应用于电磁勘探系统中的感应线圈的设计方法，该方法包括以下步骤：

S1，根据电磁勘探系统的指标要求，预设电磁线圈骨架模型和结构参数；

S2，基于电磁线圈骨架模型和结构参数，分别计算同段内同层相邻匝间的部分电容、同段内不同层间相邻匝间的部分电容以及段间相邻匝间的部分电容；

S3，根据能量守恒定律得出电磁感应线圈各部分储存电能的总和，得到电磁线圈的整体等效电容值；

S4，验证感应线圈性能是否达标。

进一步的，所述步骤S1中，根据电磁勘探系统的指标要求，预设电磁线圈骨架模型和结构参数，具体包括：

线圈骨架模型设计为空心圆柱形骨架，空心圆柱形骨架侧壁设置圆环形多段凹槽结构，多股匝线缠绕在凹槽结构内，缠绕线圈采取紧密顺序层绕方式，空心圆柱形骨架内径为D，骨架高为H，凹槽结构的段间距为d，设导线外径和线芯裸径分别为d₁、d₀，为了方便建模分析，假定每段内匝线排列相同，每层缠绕圈数为N₀匝，共缠绕N₁层。

进一步的，所述步骤S2中，基于电磁线圈骨架模型和结构参数，分别计算同段内同层相邻匝间的部分电容、同段内不同层间相邻匝间的部分电容以及段间相邻匝间的部分电容，具体包括：

S201，同段内同层相邻匝间的部分电容的计算：

该区段看成为两个环面构成的圆柱电容器结构，圆柱形态的电容微元如式(1)所示：