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地下全空间瞬变电磁法(WSTEM)的观测仪器

 

      与地面不同,地下所用的仪器需要一些特殊的设计,设备的各个部件都必须严格密封,能够防水、防尘、防爆。主要部件以及设计上的考虑有以下几点:
       1. 发射线圈:地下巷道的空间很小,一般煤矿和隧道的巷道只能放置2米左右边长的发射框。显然,这样小的发射框如果采用单匝,要产生足够的一次场(只有产生足够的一次场,才能引发足够的二次场),发射电流就必须达到50安培以上,这显然是不可行的。因此,必须采用多匝线框。然而,多匝线圈存在严重的问题,如果阻容抗不匹配,多匝线圈的一次场会发生严重畸变,无法产生正常的二次场。所以,要取得理想的效果,就需要选择合适的电缆和发射框边长。为此,GEONICS公司专门研制了2m×2m×64匝和1.5m×1.5m×80匝的专用发射线圈。
       2. 接收线圈:接收线圈是地下探测的另一个关键,为了接收到足够强的信号,同样需要使用多匝线圈,而且其参数匹配比发射线圈更为严格和精确。GEONICS公司为满足地面的中心方式和大定源方式,特别研制了高频和低频接收线圈,其中的高频线圈特别适合地下探测,因而我们采用了该线圈。
       3. 发射机:巷道,特别是煤矿巷道中,发射机的发射电流既不能太小,也不能太大。如果发射电流太小,则信号太弱,难以达到期望的深度;如果电流太大,将存在安全隐患。另外,电流越大,关断时间就越长,信号的消耗就越大,分辨率越低,探测能力越差。所以,必须在信号强度、关断时间和安全之间寻找平衡。通过试验,发射电流一般在1-5安培之间比较合适。这样既可以保证信号强度,关断时间也不是太大(一般在80-200µs左右),安全也可得到保证。关断时间是TEM中的一个非常关键的参数,是衡量仪器性能的关键参数。关断时间越短,系统的性能越好。关断时间一般与发射机的性能、发射机与发射线圈的匹配以及探测环境有关。为了适合地下全空间探测,GEONICS公司在地面浅层探测仪器EM-47的基础上专门研制了EM-47HP,该发射机与特制的发射线圈匹配后,关断时间只与发射机和发射线圈的参数有关,而与探测环境无关,因而大大提高了该系统的适应能力。
       目前GEONICS公司的EM-47HP仪器是国际上唯一一款专门为巷道WSTEM探测设计的专业设备。

      
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