專利名稱：：用于實施電磁探測的方法和裝置的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種用于實施電磁探測(即地球物理勘測)的方法和裝置。
背景技術：
：已知在電磁探測系統中使用大功率發射機，其依靠發射機回路產生一次的、隨時間變化的電磁場。該一次場在地球中激發電流，反過來產生二次場。例如，接收機所檢測到的二次場可用于分析地球成分。可以認識到，系統的靈敏度和動態范圍受接收機所檢測到的一次場與二次場之間的比的限制。接收機暴露于一次場會影響精確度，并因此影響檢測信號的有效性。因此，可以認識到，為限制干擾，需要使接收機處的一次場無效或反接。例如，公知的AeroTEM系統利用包括扁平的初級線圈或者回路的發射機，給發射機饋入一個方向上的電流以在一個軸向方向上產生一次場。將直徑較小的扁平的無效(nulling)或者反接線圈布置在初級線圈的中心，并向其饋入相反方向的電流，以產生與一次磁場軸向相反的無效場，從而在軸上并在軸向方向上無效該一次磁場。然而，僅僅因為一次場在其他方向上的成分仍然干擾(swamp)該接收機，因而在軸向方向上無效該一次場僅僅使接收機能夠檢測該方向上的二次場。因此，現有的系統無法在三維中或通過矢量法執行對二次場的準確檢測。此外，這表明，該公知系統的精確度對于很多微擾敏感，例如該無效線圈相對于初級線圈的軸向的、徑向的或者旋轉的位移。反過來，這意味著機械線圈結構必須是魯棒且堅硬的，由此降低其空氣動力學效果。在線圈結構要通過飛機(例如直升機)進行運輸的情況下，問題可能尤為突出。本發明設法提供一種改進的系統。
發明內容根據本發明的一個方面，提供了一種用于實施對地球表面的電磁探測的方法，該方法包括以下步驟提供至少一個初級線圈；給線圈通電，以產生一次電磁場；使地球表面暴露于該一次場中；提供接收機，以檢測地球由于一次場在其中所產生的電流而產生的二次場；提供隔開的多個無效線圈，并以使得該一次場在該接收機周圍的三維體積內無效的方式來給該無效線圈通電。使一次場在該接收機周圍的三維體積內無效，使得接收機能夠通過矢量法檢測二次場。通過將無效線圈與初級線圈串聯布置，可以通過與初級線圈相同的電流來給無效線圈通電。然而，在本發明的范圍內，例如通過適當的電流分路來控制饋送給無效線圈的電流，以便僅通過初級電流(即，饋送給初級線圈)的一部分來驅動特定無效線圈。在本發明所設想的一個特定結構中，將無效線圈以縱向隔開、堆疊的關系同軸地布置在初級線圈的軸上。可以存在多個以縱向隔開的關系同軸布置的初級線圈。根據本發明的另一方面，提供了用于實施電磁探測的裝置，該裝置包括至少一個初級線圈；用于給該線圈通電以產生一次電磁場并使地球表面暴露于該一次場中的裝置；接收機，用于檢測地球由于該一次場在其中所產生的電流而產生的二次場；隔開的多個無效線圈；以及用于以使得該一次場在接收機周圍的三維體積內無效的方式給無效線圈通電以使得接收機能夠通過矢量法檢測二次場的裝置。根據本發明，還提供了一種無效線圈裝置，其包括多個無效線圈，以相對于接收機和一個或更多個產生一次場的初級線圈的預定配置布置；以及用于給無效線圈通電的裝置，該多個無效線圈組合起來，產生用于使一次場在接收機周圍的體積內無效的場，從而使得接收機通過矢量法檢測由地球響應于其暴露于該一次場而產生的二次場。本發明的其他特征將根據下面給出的描述和所附權利要求來說明。現在將參考附圖，僅作為示例更為詳細地描述本發明。圖l概略地示出了本發明的第一實施例；以及圖2概略地示出了本發明的第二實施例。具體實施方式從圖l可以看出，裝置10包括單個扁平的初級線圈12;以及多個(這里為兩個)扁平的無效或者反接線圈14，它們以縱向隔幵、堆疊的關系與初級線圈同軸布置。以箭頭16指示的方向的電流給初級線圈通電，以箭頭18指示的反方向的電流來給無效線圈14通電。初級線圈12產生的一次場由箭頭20指示。無效線圈產生的無效場由箭頭22指示。如下面更詳細描述的，線圈的幾何形狀及其通電方式使得場20在線圈的公共軸的體積中至少近似地抵消場22。無效線圈可以具有單匝或者多匝。此外，可以通過改變它們的縱向間隔和半徑來控制由無效線圈所產生的無效場的場曲率。在實際中，針對無效線圈中的給定數目的匝數，將為了提供在無效體積上對一次場20的最佳的無效而選擇線圈半徑和縱向線圈間隔。在實際布置中，使用具有10m標稱直徑的8匝初級線圈12。下表給出了數學推導出的無效線圈的最佳布置。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>向誤差〈10nT,超過15mm半徑Z反接很好地匹配2x362802226超過i250mm，徑向誤差〈OnT，超過30醒半徑從這個表可以看出，無效線圈布置包括兩個直徑1.813m且縱向間隔0.886m的單匝無效線圈14，Z反接或者無效，即在縱向，軸向上非常有效，但是無效體積具有有限的徑向延伸。在該范圍的另一個端，利用直徑為6.28m的、縱向間隔2.226m的三匝無效線圈，在軸向方向上也具有良好的無效，但在這種情況下該無效體積具有更大的徑向延伸。根據該表布置的堆疊的無效線圈經過了微擾分析，其中研究徑向的、旋轉的和軸向微擾對于單匝和多匝無效線圈的配置所施加的影響。這些分析同樣說明，對于每種方案，軸向無效體積的直徑相當大，并且徑向微擾(例如位移)比上面所提及的公知的AeroTEM系統具有較小的顯著有害影響。盡管該系統也能夠容忍旋轉微擾，但其對于軸向微擾極為敏感。圖2示出了一實施例，其包括一對堆疊的初級線圈12，并且還有一對堆疊的無效線圈14。將該初級線圈布置為Helmholtz對，其中沿著線圈的公共軸的聯合磁場是恒定的。利用這種初級線圈的配置，可以通過將無效線圈布置為Helmholtz對(即匝數與初級線圈與無效線圈的半徑比成比例地縮放，并且在無效線圈中流動的電流的方向與其在初級線圈中的流動的方向相反)來有效地執行對一次場的縱向無效。為了進行比較，選擇初級線圈的直徑為7.07m，每個初級線圈具有八匝，以提供與圖l中的具有10mm直徑的單個初級線圈布置類似的偶極矩。對于這種初級線圈配置，下表給出了無效線圈的最佳配置和幾何形狀。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>該表示出了z反接或者無效(即，在縱向或者軸向方向上的無效)對于單匝、兩匝、三匝和四匝無效線圈同樣有效，并且R反接或者無效(即在徑向方向上的無效)對于多匝無效線圈的配置有效。具有多匝的配置顯示了無效體積的徑向延伸隨著匝數的增加而增加。然而，值得注意的是，在這些方案中，無效線圈所具有的直徑比上面參考圖1中的實施例所描述的相應方案中的無效線圈的直徑小。此外，盡管系統同樣允許徑向和轉動的微擾，但與圖l中的實施例相比，更容易適應軸向微擾或者位移。如上所述，多個無效線圈的使用(尤其是最優配置的)能夠提供在縱向或者徑向方向上的有效的無效，從而使得兩個實施例都特別適用于帶有軸向定位、縱向安裝的接收機/檢測器。該分析同樣指出，利用這兩個實施例，可以提供具有受控的徑向場梯度的非常大的徑向延伸的無效體積。盡管圖2中的實施例比圖1中的實施例更能容忍軸向微擾，但這兩個實施例都能夠適度地容忍徑向和轉動的微擾。可以認識到，圖l的實施例在縱向更為緊湊的情況下將更適于空中運輸，而圖2中的實施例由于縱向體積較大并且由此更難合并到空氣動力學結構，因而更適于陸地，例如地面運輸。如上所述，兩個實施例中的無效線圈可以與初級線圈串聯地通電。備選地，可以使用適當的電流分流或者其他控制器來將初級電流的一部分饋送給單個無效線圈權利要求1.一種用于實施對地球表面的電磁探測的方法，所述方法包括以下步驟提供至少一個初級線圈，給所述線圈通電以產生一次電磁場，使地球表面暴露于所述一次場中，提供接收機以檢測地球因所述一次場在其中所產生的電流而產生的二次場，提供多個隔開的無效線圈，并以使得所述一次場在所述接收機周圍的三維體積分內無效的方式來給所述無效線圈通電。2.如權利要求l所述的方法，其中，將所述無效線圈與所述初級線圈串聯地布置。3.如權利要求l所述的方法，其中，控制饋送給所述無效線圈的電流，以便僅通過提供給所述初級線圈的電流的一部分給一個或更多個特定無效線圈通電。4.如權利要求3所述的方法，其中，通過適當的電流分流來控制饋送給所述無效線圈的電流。5.如前述任一權利要求所述的方法，其中，將所述無效線圈以縱向隔開的關系同軸地布置在所述初級線圈的軸上。6.如權利要求5所述的方法，其中，將兩個無效線圈同軸地布置在所述初級線圈的軸上。7.如權利要求6所述的方法，其中，將兩個初級線圈以縱向隔開、同軸的關系布置。8.如權利要求7所述的方法，其中，將所述初級線圈布置為Helmholtz線圈對，并將所述無效線圈布置為反向的Helmholtz線圈對。9.如前述任一權利要求所述的方法，其中，每個無效線圈都具有多匝。10.—種用于實施對地球表面的電磁探測的裝置，所述裝置包括至少一個初級線圈；用于給所述線圈通電以產生一次電磁場并使地球表面暴露于所述一次場中的裝置；接收機，用于檢測地球由于所述一次場在其中所產生的電流而產生的二次場；隔開的多個無效線圈；以及用于以使得所述一次場在所述接收機周圍的三維體積內無效的方式給所述無效線圈通電的裝置。11.如權利要求10所述的裝置，其中，將所述無效線圈與所述初級線圈串聯地布置。12.如權利要求10所述的裝置，包括用于控制饋送給所述無效線圈的電流以便僅通過提供給所述初級線圈的電流的一部分給一個或更多個特定無效線圈通電的裝置。13.如權利要求10至12中任一項所述的裝置，包括以縱向隔開的關系同軸地布置在所述初級線圈的軸上的無效線圈。14.如權利要求13所述的裝置，包括兩個同軸地布置在所述初級線圈的軸上的無效線圈。15.如權利要求14所述的裝置，包括兩個以縱向隔開、同軸的關系布置的初級線圈。16.如權利要求15所述的裝置，其中，將所述初級線圈布置為Helmholtz線圈對，并將所述無效線圈布置為反向的Helmholtz線圈對。17.如權利要求10至16中任一項所述的裝置，其中，每個無效線圈都具有多匝。18.—種用于地球表面電磁探測的無效線圈裝置，所述裝置包括-多個無效線圈，以相對于接收機和產生一次場的一個或更多個初級線圈的預定配置進行布置；以及用于給無效線圈通電的裝置，所述多個無效線圈組合起來，產生用于使所述一次場在所述接收機周圍的體積內無效的場，從而使得接收機通過矢量法檢測由地球響應于其暴露于所述一次場而產生的二次場。全文摘要本發明涉及一種用于實施對地球表面的電磁探測的方法和裝置(10)。至少提供一個初級線圈(12)。給初級線圈通電以產生一次電磁場，并使地球表面暴露于該一次場中。提供接收機，以檢測地球由于一次場在其中所產生的電流而產生的二次場。以使得該一次場在接收機周圍的三維體積內無效的方式給隔開的無效線圈(14)通電，從而使得該接收機能夠通過矢量法檢測二次場。文檔編號G01V3/165GK101292176SQ200680038595公開日2008年10月22日申請日期2006年10月17日優先權日2005年10月17日發明者戴維·布魯斯·迪克森申請人:安格羅經營有限公司
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