频率域感应式磁传感器信号调理电路研究

感应式磁传感器在地球物理电磁法勘探中已得到广泛应用,国内多家单位已开展感应式磁传感器的研制工作。这里首先介绍了感应式磁传感器的原理,然后对其信号调理电路(开环式和闭环式电路)进行了分析,综合二者的优点设计了信号调理电路,并研制出相应的磁传感器。最后通过野外对比试验,验证了所研制的磁传感器的有效性,该设计为感应式磁传感器地研制提供了很好地技术支撑。     

超小型AMT三分量感应式磁场传感器研制

在地球物理电磁法勘探中感应式磁场传感器已广泛应用,该类磁场传感器的灵敏度、噪声与其长度和体积成正比,受物理原理制约,长度通常为800 mm～1 440 mm,重量在3 kg～6 kg。这里采用一种磁通聚集技术,突破了传统感应式磁场传感器的设计瓶颈,能大幅度降低传感器的长度,研制用于AMT方法的超小型感应式磁场传感器单个分量长度230 mm,长度约为传统AMT磁场传感器的30%,直径110 mm,重量约3 kg,工作频率范围为0.1 Hz～10 000 Hz,噪声水平在1 000 Hz处为■。将三个参数相同的磁场传感器相互垂直安装到一块底板上,构成三分量感应式磁场传感器,其体积为253 mm×253 mm×253 mm,重量约10 kg。野外实验表明:该三分量磁场传感器在地形复杂的地区开展AMT工作,极大地提高野外施工效率,具有广阔的应用前景。     

时间域感应式磁场传感器研究

对时间域感应式磁场传感器的线圈绕制方法、前置放大器和阻尼技术进行了研究,研制出了直径为100mm的空心感应式磁场传感器.室内和野外实验表明,所研制的传感器达到了国外成熟的时间域磁场传感器的技术性能并且野外使用方便.     

MicrOBEM:小型海底电磁接收机

海底电磁接收机主要用于海底大地电磁与可控源电磁信号高精度观测。针对现有海底电磁接收机(OBEM-Ⅲ型)体积大、功耗大、成本高等不足,开展了小型化、低功耗、低成本方面的技术研究。MicrOBEM小型海底电磁接收机开发了新的低功耗控制单元、低功耗前置放大器,配置了低功耗磁通门传感器,采取先进的电源管理技术,使得整机功耗由现有海底电磁接收机(OBEM-Ⅲ型)的1 600 mW下降至500 mW(搭载感应式磁传感器配置)以内。针对传统的声学释放器昂贵、笨重(需要匹配更多的浮力材料)等问题,通过集成水声通讯模块,并增加外置的电腐蚀释放装置方式实现释放回收,MicrOBEM仅需一个直径为17 in(1 in=2.54 cm)的玻璃浮球作为浮体,大幅降低仪器的体积和硬件成本,提升了设备的集成度和作业效率。MicrOBEM的体积(不含测量臂等)相比OBEM-Ⅲ减少3/4,功耗减少2/3,成本降低1/2,并于2021年3月在南海南部开展了深水大地电磁试验,其大地电磁测量功能得到初步验证,具有小体积、低功耗、低成本的优势。     

新一代陆用MT观测系统

大地电磁法(MT)是地球深部探测的有效物探手段之一,也是当今地球物理工作者的研究热点。要实现MT探测,用于野外观测的仪器系统是基础,要求观测系统具有高可靠、高精度、多台同步、轻便等特点。通过集成嵌入式计算机、DTCXO、24位ADC、锂电池组等部件研制了采集主机,动态范围达119 d B(fs=2 400 Hz),功耗约1 600 m W,并配备了轻便的低噪声感应式磁传感器、低漂移电场传感器以及用于野外仪器自检的自检盒,在提高了仪器可靠性的同时也提高了野外数据采集质量和野外施工效率。多次室内及野外试验验证了本观测系统的可靠性、低功耗、轻便性及易用性,可满足陆地MT勘探施工的要求。     

频率域航空电磁系统一次磁场自动补偿技术

为了提高三频航空电磁系统(FAEM)测量的自动化程度,设计实现了基于模糊控制和线性增量控制方法相结合的电磁补偿系统,来完成高精度、高稳定性、大动态范围的电磁补偿.以航空电磁接收机输出的电磁场实、虚分量值为控制的输入参量,以补偿线圈内的补偿电流为控制对象,80C52单片机为控制芯片,采用FFSI法推理程序实现补偿量的模糊控制,从而实现一次场和涡流场的实时程控补偿.航空电磁系统实验飞行数据表明,该控制系统可以快速实现一次磁场的实时高精度补偿,稳定性和补偿噪声水平能满足系统设计要求.     

大深度多功能电磁探测技术与系统集成

大深度多功能电磁探测系统,主要由多功能电磁探测仪器、数据采集与处理、电磁二三维正反演模拟等组成。系统研发中,攻克了多功能电磁分布式接收、大功率发射、三分量高温超导磁传感器所涉及的多项关键技术,并研究开发了配套的数据采集、处理与解释技术,系统具备AMT/MT、CSAMT、IP等测量功能。对研发系统进行了与GDP-32^Ⅱ的野外对比试验及典型矿区的应用,取得显著的试验应用效果。     

直升机上航磁仪磁补偿的质量研究与探讨

磁补偿飞行是通过硬件和软件技术有效地减弱飞机造成的磁干扰场和磁探头对航磁测量的影响,是提高航空磁测的测量精度的重要手段之一,在高精度航磁测量项目中必须进行磁补偿飞行。简单介绍了磁补偿原理,并结合AS350-B3型直升机磁补偿飞行实例,通过使用FOM值、NORM值、剩余方向差值这三个参数对磁补偿飞行效果进行评价,直观、准确地反应出干扰场的消除情况。通过分析背景磁场梯度等因素对磁补偿的影响,提出了对设计磁补偿飞行路径时,应以磁等值线线圈为主,并在飞行做动作时尽量兼顾测线方向和切割线方向的新思路。     

航空物探方法(航电、航磁、航放)解决的地质问题实例四则

岩(矿)石电磁、磁、放射性质的差异是航空物探(电磁、磁、放)测量的前提和地质解释基础.本文从航空电磁、航磁、航空伽玛能谱测量的基本原理出发,着重介绍了不同航空物探异常圈定的原则,并以实例的方式,分别对航空电磁法所反映的蚀变带、舷磁反映的隐伏岩浆岩以及航空伽玛能谱反映的断裂带等方面进行了分析,研究了其与成矿的关系.最后,以一处航空物探综合异常为例,对综合解释方法进行了较详细的介绍,明确了该异常是今后找矿的重要标志.     

高压密封舱与磁场传感器的综合频响变异及其实验验证

大地电磁测深在陆地上的方法技术成熟, 但将其移植到海洋中却遇到了较多的技术问题.其中之一是如何将磁场传感器运抵海底实施测量.为抵御海水的侵蚀和抗衡海下的环境压力, 需要研发装载磁场传感器的密封舱.该舱体需满足测磁的技术要求, 即制造材料的非磁性, 且兼顾海洋作业设备轻便的特点.LC4超硬铝合金在可选的材料中性价比居高, 然而用它制成的高压密封舱并非十分完美.因它的弱磁性, 使得磁场传感器装入舱体后, 整体频率响应发生了部分变异.这种变异虽不影响磁场传感器的使用, 但要对其规律特征予以测定, 方能剔除由此产生的对磁场测量的不良影响.在所构思的实验装置中, 通过人为产生扫频磁场, 对密封和非密封条件下的磁场传感器进行激励.在响应输出端, 测取幅频特性和相频特性, 获得归一化的对比资料和频响异常曲线, 从而对密封前后磁场传感器的性能变化有较清楚的认识.实验结果揭示, 由高压密封舱引起的频响变异发生在中高频区段.实验数据可作为标定资料, 对海底大地电磁探测的实测信号进行校正后, 即可还原出真实的海底场源信息.      

直流输电线路对磁测的影响

越来越多的远距离、大容量直流输电线路投入运行对线路附近地区的磁测工作产生了不可忽视的影响。本文阐述了直流输电线路的结构、线路磁场特征及对以地质找矿为目的的磁测工作的影响。对直流输电线路磁场在磁测图中的特点也做了讨论,列举了直流输电线路影响的实例。     

建场法多测站探测系统的研究

建场法多测站探测系统是解决水文地质、煤田地质、环境与工程地质问题的一种行之有效的方法。本文论述了FDK-1分布式多功能电磁法勘探仪中的分布式数据采集的组成结构、高分辨率数据采集技术、IGBT大功率脉冲发送及双向吸收回路技术。      

瞬变电磁法圆形线圈自感计算

在瞬变电磁法（TEM）中,圆形回线的自感参数用于局部导体晚期瞬变电磁场的等效计算、接收线圈固有过渡过程计算、关断时间的计算以及瞬变电磁仪器研制等。目前,在瞬变电磁法教科书中,圆形线圈自感计算均使用近似公式。这里根据毕奥-萨伐尔定律推导出单匝圆形线圈磁感应强度及自感的积分表达式,利用MATLAB软件进行数值计算。结果表明,目前使用的自感近似公式,在用于计算半径为0.5 m和1 m的圆形接收回线自感时,误差分别为-18.978%和-26.542%。用于计算发射回线的自感时,当回线半径从2.821 0 m～112.837 9 m时,自感近似公式的误差从-35.84%～-55.65%,且单匝正方形回线与等面积单匝圆形回线的自感值之间存在5.12%～8.11%的偏差。     

磁偶源频率测深视电阻率曲线的正演计算

磁偶源频率测深法是一种有效的地球物理勘探方法。多年来,人们对这种方法的正演理论和反演解释进行了研究。文中利用快速汉克尔数值滤波算法计算了层状介质上直立磁偶极子的电磁场响应以及频率测深视电阻率的振幅响应,这种计算方法与常用的数值积分算法相比,具有计算速度快、精度高等特点。同时详细地讨论了磁偶源频率测深的特点及视电阻率理论曲线的特征。     

基于光纤传感的多参量地震综合观测技术研究

面向地震综合观测需要,自主研制了窄线宽光纤光栅谐振腔,并将其作为核心传感元件,发展了一种基于有效腔长的光纤应变、地震波和温度多参量同步测量新方法。采用边带扫频激光技术实现了高精度多参量光纤信号同步解调,研制出了光纤地壳形变、地震与温度多参量探头,并开展了多参量地震综合观测实验。实验结果表明,所研制的光纤多参量传感系统应变与温度测量分辨率分别达到4.7×10^-10和6×10^-5℃,能够同时记录到清晰的固体潮汐信号、地震波信号以及环境温度扰动,有望为多参量地震同步观测提供先进的技术手段。     

电磁法在查明地下电缆和管道方面的应用

对于探测地下金属管道、电缆等导体,电磁法比其它电测方法更为有效和方便。使用无参考线虚分量仪(DDW-1)并采用正交线圈装置观测磁场虚分量的方法,特别适合在城市(甚至在市区)探测金属导体。这是因为这种系统只有一台窄带接收机,激发时又不接地,并观测结果与收发距关系不大。一般说在电磁场中金属管道和电缆引起的感应电流可以近似为线电流,因而资料解释简单。本文展示了北京城区和郊区的某些实际成果。     

Study on Multi-Parameter Seismic Observation Technique Based on Optic Fiber Sensing

”Deep well, wide band, multi-component comprehensive observation” is the development direction of seismic observation. In order to promote the application and development of underground integrated observation system, key technologies, such as high temperature resistance sensor, interference isolation of sensor unit and miniaturization of instrument, need to be developed. Optic fiber sensors have the advantages of small size, passive nature, resistance to electromagnetic interference, being easy to long distance transmission and multi-parametric network observation, which are expected to provide new technology for the comprehensive observation of multi-parameter earthquakes in deep wells. This paper proposed a comprehensive observation technique of seismic wave, crustal deformation and temperature. An integrated borehole seismic sensor based on fiber Bragg grating resonators was designed for measuring three-component earthquake, three-component crustal deformation and temperature signal. A new technique for simultaneous measurement of multi-parameters of temperature and strain of fiber based on effective cavity length was presented. The technique of high precision optical fiber signal demodulation based on single side band sweep laser and the design of multi-parameter integrated optical fiber probe were introduced. The resolution of strain and temperature measurement of the fiber multi-parameter sensor system reached 4.7 \times 10^-10 and 6×10^-5 ℃ , respectively. A comprehensive multi-parameter earthquake observation experiment was carried out at the seismic station. The results show that the integrated optical fiber multi-parameter seismic observation system can simultaneously record the earth tide signal, seismic wave signal and environmental temperature disturbance, and has good anti-environmental interference ability and long-term stability, which is expected to provide a new technique for crustal deformation observation.     

谐波信号在人工源电磁法WEM中的应用

无线电磁法（WEM）是20世纪90年代发展起来的一种新的人工源电磁探测技术。对WEM法中发射电磁信号的谐波产生进行了分析,并根据实测资料,利用发射信号谐波计算得到的测点视电阻率和相位值与基波信号计算结果进行对比,认为在WEM法中可以有效利用谐波,减少发射频率点,提高工作效率,或加密频率点,提高资料的解释精度。由于在人工源电磁法中,发射的电磁信号中普遍存在谐波信号,因此,此技术也可以应用于其他人工电磁法中。     

人工源超低频电磁波技术及在首都圈地区的测量研究

超低频 (SLF)电磁波技术利用地球物理和无线电物理相结合的原理 ,由人工产生大功率电磁波信号。在地面很大范围的许多测点同时测量该信号 ,可研究空间电磁场和地下电阻率结构 ,研究地震等引起的电磁场异常变化 ,探测地壳结构和地下资源。在首都圈地区的观测表明 ,SLF信号的功率谱密度超过天然场源信号数倍以上 ,所得到的视电阻率数据精度远高于天然源方法 ,并有长时间的稳定性。在测量期间距测点约 12 0km发生的迁安 4 .2级地震与观测的电磁场异常和视电阻率的变化有较好的对应性 ,并对产生这些变化的可能的成因机制进行了探讨 ,推测它们是区域应力场和震源区局部构造综合作用的结果。     

Can electromagnetic disturbances related to the recent great earthquakes be detected by satellite magnetometers?

On December 26, 2004 the world's fourth largest earthquake since 1900 and the largest since the 1964 Prince William Sound, Alaska earthquake, occurred off the west coast of northern Sumatra with a magnitude of 9.3. On March 28, 2005 another event of magnitude 8.7 took place in the same region. The December 26, 2004 earthquake has prompted scientists to investigate possible electromagnetic signatures of this event, using ground magnetic observations. Iyemori et al. [Iyemori, T. et al., 2005. Geomagnetic pulsations caused by the Sumatra earthquake on December 26, 2004. Geophys. Res. Lett., 32, L20807, doi:10.1029/2005GL024083.] have suggested that a 3.6 min long geomagnetic pulsation, observed shortly after this event, was generated by the earthquake. They have speculated that a 30 s magnetic pulsation was also caused by the earthquake. Here for the first time, CHAMP satellite magnetic and electron density data are examined to find out if electromagnetic signatures which are possibly related to these recent megathrust earthquakes are observed in satellite magnetic data. We have shown that some specific features are observed after the two earthquakes, with periods of about 16 and 30 s. Our results favor an external source origin for the 30 s pulsation. Moreover, after more than 1 h, CHAMP magnetic data indicate the existence of a feature characterized by the same parameters (duration, amplitude, and frequency content), which could be associated with each earthquake, respectively. Further investigations are required in order to answer the question of whether these signals can be associated with earthquakes and to assign their possible usefulness with respect to earthquake development.