矿井瞬变电磁探测中空芯线圈传感器的研制

针对矿井瞬变电磁法中探测空间的有限性及探测目标分布的全空间性,研制一种适合该方法的感应式空芯线圈传感器.根据矿井瞬变电磁探测需要,确定了感应式空芯线圈传感器的基本技术指标.通过对空芯线圈的物理结构和前置放大电路的等效噪声电路进行分析,获取了引入噪声的主要来源.构建感应式空芯线圈传感器的等效模型,实现传感器的幅频特性及低噪声的分析,给出影响传感器噪声水平的各噪声源随频率变化的规律,设计矿井瞬变电磁中降低传感器噪声的方法,采用该优化方法,传感器的总噪声在谐振频率处信噪比提高了15.6dB.测试结果表明:感应式空芯线圈传感器噪声性能和输出特性优于加拿大Geonics公司的3D-1HF-coil传感器,满足矿井瞬变电磁探测需要.     

半航空瞬变电磁接收机的测试装置研制

半航空瞬变电磁信号源是调试与验证半航空瞬变电磁接收机的信号灵敏度、频率响应和噪声水平等关键性能指标的重要设备.无人机电磁干扰和线圈运动噪声是半航空瞬变电磁接收系统相对于地面瞬变电磁接收系统"特有"的噪声,目前通用信号源无法满足半航空瞬变电磁接收机室内调试和标定的需求.首先通过分析半航空瞬变电磁信号模型和无人机电磁干扰及线圈运动噪声模型,建立了输出信号及噪声的产生方法,再基于现场可编程门阵列(FPGA),运用DDS技术和SOPC技术,调用Nios II软核设计了信号产生模块,能够产生瞬变电磁信号并叠加无人机电磁干扰和线圈运动噪声,并在此基础上结合PC机和D/A电路研制了半航空瞬变电磁接收机专用测试装置.测试结果表明:测试装置的信号分辨能力达到100μV,同步触发信号与信号输出时延小于2μs,满足仪器测试与标定需求.     

半航空频率域电磁探测三分量线圈传感器设计

半航空频率域电磁探测方法(semi-airborne frequency domain electromagnetic method,简称SAFEM)通常借助水平线圈传感器观测垂直分量磁场信号.然而,在实际探测过程中,观测单一分量磁场信号不仅缺失水平分量磁场信息,并且在磁场响应畸变区域难以校正,造成视电阻率解释结果精度低、误差大等问题.为此,本文设计并研制了一种能够用于SAFEM探测的三分量空心线圈传感器,采用三组相互垂直的接收线圈分别接收三个分量的磁场信号.首先,为满足旋翼机载重要求,设计0.5 m直径的小尺寸圆形线圈用于接收垂直方向磁场,两个0.01 m边长的方形线圈用于接收水平方向磁场,并对三组线圈的互耦情况进行分析,确定了线圈的最佳相对位置.其次,针对线圈传感器的物理结构特点,综合线圈的寄生电阻、电感和电容值大小的分析结果,确定最终的物理结构参数.进一步地,通过分析不同阻尼状态下的传感器及前置放大电路的频率响应特性,确定了最佳的阻尼系数调节范围.在此基础上,设计了带有阻尼状态调节的低噪声差分前置放大器电路作为SAFEM信号调理模块.最后,开展屏蔽室测试实验和野外探测实验验证三分...     

半航空电磁法全流程低噪声关键技术研究

半航空电磁法(SAEM)是一种有利于在复杂地形地表条件下高效、低成本开展探测的新兴方法,尤其适合我国国情.SAEM数据受多种系统内外部噪声影响,信号质量不佳;传统去噪方法针对不同噪声逐一处理,步骤多、主观因素强.针对上述问题,本文考虑同时在压制噪声来源与增强去噪方法两方面做工作,提出一套全流程低噪声解决方案：采用降噪搭载结构抑制主要外部噪声,低噪声混合放大电路抑制主要内部噪声,基于深度学习的一站式去噪方法克服主观因素影响,从而在整个SAEM观测与处理流程上实现低噪声.测试表明,在地形复杂、气流条件复杂地区,所研发的SAEM系统可稳定工作,数据可靠性一致性高,未来有望为我国资源探查、深部工程等工作提供更为有力的支撑.     

试析太原无线遥测地震台网东山子台的干扰

本文对太原无线遥测地震台网东山子台出现的长周期干扰进行了调查分析.发现这是由于超高频信号进入前置放大器造成放大电路的高频阻塞引起的.采取一定措施后干扰消失.     

Hilbert-Huang变换在瞬变电磁去噪中的研究与应用

瞬变电磁法(TEM)是电法勘探的一个重要分支,具有受地形影响小、工作效率高、对低阻体分辨率高纯异常测量等优点.在野外数据采集过程中,瞬变电磁数据容易受到周边环境噪声的干扰.由于瞬变电磁的晚期信号能量弱,极易被噪声淹没,使得数据处理过程中出现假异常.为了更好地减弱噪声的影响,剔除假异常,得到真实的地下介质信息.本文把Hilbert-Huang变换(Hilbert-Huang Transform,简称HHT)方法应用到瞬变电磁数据处理中,通过对含有噪声的瞬变电磁仿真数据进行经验模态(Empirical Mode Decomposition,EMD)分解、重构,得到了真实的电磁信号,证明HHT方法在瞬变电磁去噪中可行.最后对TEM实测数据进行EMD分解、重构,结果表明该方法能够有效的压制噪声的干扰,突出TEM真实信号,较好的识别异常体的位置,提高TEM解译结果的准确性.     

低温SQUID瞬变电磁法中去除地磁场影响的方法研究

采用低温SQUID(Superconducting Quantum Interference Device)进行瞬变电磁测量,具有高灵敏度的优势,但易受到地磁场的影响.由于地磁场变化为nT量级,而低温SQUID灵敏度可达■.使用传统的双极性脉冲激励叠加对地磁场的抑制作用有限.当晚期道二次场信号叠加了地磁场信号后,导致晚期道信号发生整体抬升或降低,甚至出现负值,使得晚期道信号无法直接利用,从而直接影响勘探深度.本文研究不同噪声环境下信号叠加对噪声压制的机理,并结合地磁场的特点,对off-time晚期道噪声段进行一次线性拟合,获得近似地磁场变化规律,并通过外推得到整个off-time地磁场干扰,最终去除off-time信号中的地磁场.去除地磁场后晚期道瞬变电磁信号信噪比明显改善,勘探深度得到较大提高.     

一种新的短周期地震记录仪放大器

放大器是测震仪的一个关键部件,它由前置放大和功率放大两级组成.前置放大主要担负放大由拾震器输出的微弱地动信号是电压放大。功率放大主要是输出功率,即将放大了的信号转换为功率输出去推动记录笔记录出与地动位移成正比例的地震波形。因记录笔是线性记录笔,而拾震器输出的地震信号则是微分信号。为了实现将微分信号变为线性信号以适合于线性记录笔记录波形,所以要求放大器必须是积分式型的放大器。     

短偏移瞬变电磁探测系统研究

短偏移距瞬变电磁法是近年来发展出的新方法,具有信号强、带宽大的特点,现有国际主流装备是面向传统大收发距模式设计开发的窄带系统,研发小收发距模式下的大电流宽带系统,对于推广应用新方法具有重要意义.为此,本文提出大电流快关断发射、低噪声宽频带接收设计方案,攻克超高压恒压钳位技术,自适应可变阻尼技术等核心技术.在同等条件下有效发射功率提升约2.5倍,关断时间压缩近4倍;系统时域噪声水平0.1 nT/s,工作带宽25 kHz.装备系统在增大发射电流和降低噪声的同时,拓展了系统带宽,实现了装备系统与新方法的强匹配.新装备的研发将为我国3000 m以浅矿产资源精细探测做出贡献.     

海底可控源电磁接收机的电场低噪声观测技术

海洋可控源电磁方法是近些年兴起的一种海底以下介质电性结构地球物理探测方法,已成为海底油气及水合物探测的有效手段之一.根据趋肤效应及可控源电磁方法的特点,海底电场信号具有幅值微弱且动态范围大的特征.低噪声记录海底电场信号是海洋可控源电磁方法必须解决的关键技术之一.本文首先通过建立特定地电模型并进行数值模拟,讨论了收发距、发射频率等场源参数与电场分布的关系;然后通过电解法制备了低噪声海底电场传感器,研制了低噪声斩波放大器,开发了大动态范围ADC电路.通过室内及海洋试验验证了接收机电场通道的低噪声特性,海试结果表明系统本底噪声小于0.1nV/m/sqrt(Hz)@1 Hz,电场信号观测动态范围优于110dB@(fs=150Hz).