本發(fā)明涉及地球物探，具體為一種瞬變電磁儀探測(cè)單元和方法。

背景技術(shù)：

1、礦井水害是煤礦生產(chǎn)和建設(shè)過程中的主要災(zāi)害之一，當(dāng)前巷道的機(jī)械化快速掘進(jìn)對(duì)煤礦防治水的技術(shù)及裝備的需求和要求也不斷提高。在礦井水害勘查的物探方法中，礦井瞬變電磁法是目前普遍采用探測(cè)煤礦隱伏富水區(qū)效果較好的地球物理方法。其工作原理是通過向發(fā)射回線中注入脈沖電流，電流的高速變化會(huì)在地下產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)，地下的目標(biāo)體受到脈沖磁場(chǎng)的激發(fā)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)渦流，從而產(chǎn)生二次感應(yīng)磁場(chǎng)，通過使用磁場(chǎng)傳感器感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，可獲得不同深度的地下目標(biāo)體的電性參數(shù)信息。礦井瞬變電磁法具有探測(cè)距離遠(yuǎn)和對(duì)低阻體響應(yīng)敏感的優(yōu)點(diǎn)。

2、常規(guī)礦井瞬變電磁法的發(fā)射和接收線圈一般采用多匝方形回線，存在探測(cè)盲區(qū)較大、易受巷道金屬體干擾影響、體積效應(yīng)大、探測(cè)精度低等問題。相比較上述地球物理探測(cè)方法，鉆孔瞬變電磁法將接收探頭置于鉆孔之中，由于距離探測(cè)目標(biāo)更近且遠(yuǎn)離巷道，不僅可以觀測(cè)到更強(qiáng)的響應(yīng)信號(hào)，還可有效削弱孔外各類電磁信號(hào)的干擾，能夠滿足大埋深、精細(xì)化探測(cè)需求，尤其適用于水害探測(cè)。

3、目前，鉆孔中觀測(cè)瞬變電磁場(chǎng)響應(yīng)的工作方式主要包括：地－井瞬變電磁法、隧道－鉆孔瞬變電磁法、瞬變電磁測(cè)井和鉆孔瞬變電磁法。其中，鉆孔瞬變電磁儀將發(fā)射線圈和接收線圈同時(shí)設(shè)置于鉆孔內(nèi)，利用鉆機(jī)鉆桿推進(jìn)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離推送，配套鉆機(jī)使用，邊推邊探，可作為長(zhǎng)鉆孔探測(cè)的重要手段。

4、現(xiàn)有技術(shù)中的鉆孔瞬變儀仍存在不足之處：由于探測(cè)單元在鉆孔內(nèi)隨鉆桿推進(jìn)，受限于鉆孔尺寸和集成度水平，接收天線每次僅能測(cè)量一個(gè)分量方向的磁場(chǎng)變化信息，要完成三分量電磁信號(hào)的測(cè)量，需要分別在三個(gè)分量方向上發(fā)送瞬變脈沖并采集對(duì)應(yīng)方向的磁場(chǎng)分量信號(hào)，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、反演和成像處理后得到目標(biāo)范圍的整體感應(yīng)磁場(chǎng)信息；同時(shí)電磁儀采集的數(shù)據(jù)需要通過通訊電纜實(shí)時(shí)傳輸至上位機(jī)進(jìn)行儲(chǔ)存，瞬變電磁儀本身未提供儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的功能，增加了系統(tǒng)連接的復(fù)雜度和系統(tǒng)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種瞬變電磁儀探測(cè)單元，具有較高的集成度，可實(shí)現(xiàn)鉆孔軌跡測(cè)量與瞬變電磁三分量測(cè)量一體化，同時(shí)瞬變電磁儀具備長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存測(cè)試數(shù)據(jù)的功能，可完成長(zhǎng)鉆孔探測(cè)且無需連接通信電纜，有效降低了系統(tǒng)成本。

2、本技術(shù)提供如下技術(shù)方案：

3、一種瞬變電磁儀探測(cè)單元，通過可拆卸的電源短節(jié)供電并與鉆桿連接，包括殼體和探測(cè)骨架，所述探測(cè)骨架安裝于殼體內(nèi)，所述探測(cè)骨架包括探測(cè)支架、螺紋嵌套、探測(cè)控制模塊、發(fā)射天線、接收天線和姿態(tài)測(cè)量模塊，所述接收天線用于測(cè)量三分量磁場(chǎng)變化信息，所述姿態(tài)測(cè)量模塊用于測(cè)量探測(cè)單元的工作姿態(tài)信息。

4、技術(shù)原理：探測(cè)單元與供電單元采取分離式的設(shè)計(jì)，在探測(cè)單元內(nèi)集成了發(fā)射單元、三分量天線接收單元和工作姿態(tài)測(cè)量單元。

5、有益效果：分離式的設(shè)計(jì)有利于對(duì)瞬變電磁儀的安裝和維護(hù)，同時(shí)探測(cè)單元集成了多種功能單元，能夠?qū)崿F(xiàn)鉆孔軌跡測(cè)量與瞬變電磁三分量測(cè)量一體化。

6、進(jìn)一步，所述螺紋嵌套與探測(cè)支架固定連接，與殼體通過螺紋連接。

7、有益效果：通過螺紋嵌套進(jìn)行探測(cè)單元的組裝，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，連接可靠，同時(shí)具備良好的密封性能，保證探測(cè)單元的穩(wěn)定工作。

8、進(jìn)一步，所述探測(cè)支架包括第一安裝部、第二安裝部、第三安裝部、第四安裝部，所述第一安裝部用于安裝姿態(tài)測(cè)量模塊，所述第二安裝部用于安裝探測(cè)控制模塊，所述第三安裝部用于安裝發(fā)射天線，所述第四安裝部用于安裝接收天線。

9、有益效果：各功能單元使用不同的安裝部，可有效避免信號(hào)干擾，同時(shí)功能布局清晰，維護(hù)簡(jiǎn)便。

10、進(jìn)一步，所述接收天線為互相正交的三分量天線，包括x方向線圈、y方向線圈和z方向線圈。

11、有益效果：所布置的三個(gè)互相正交的接收天線可同時(shí)測(cè)量三分量信號(hào)，提高了測(cè)試效率。

12、進(jìn)一步，所述接收天線的線圈需執(zhí)行校準(zhǔn)步驟，所述校準(zhǔn)步驟包括：

13、步驟1、連接電源短節(jié)進(jìn)行供電，通過wifi連接上位機(jī)；

14、步驟2、啟動(dòng)上位機(jī)軟件發(fā)送測(cè)試信號(hào)；

15、步驟3、通過上位機(jī)讀取某一分量電壓信號(hào)，并判斷誤差范圍，根據(jù)誤差范圍對(duì)線圈安裝位置進(jìn)行微調(diào)；

16、步驟4、重復(fù)步驟2和步驟3，直至誤差范圍滿足閾值；

17、步驟5、對(duì)其它分量電壓信號(hào)重復(fù)步驟2～步驟4；

18、步驟6、對(duì)完成校準(zhǔn)的天線進(jìn)行膠封固定。

19、有益效果：通過校準(zhǔn)誤差范圍的步驟精確調(diào)整線圈的安裝位置，再進(jìn)行膠封固定的步驟，可有效確保接收天線在最佳的測(cè)量精度下可靠工作。

20、進(jìn)一步，所述探測(cè)控制模塊包括發(fā)射電路單元、接收電路單元、主控器、存儲(chǔ)單元和通訊單元，所述發(fā)射電路單元與發(fā)射天線電性連接，用于產(chǎn)生脈沖電信號(hào)；所述接收電路單元與接收天線電性連接，用于對(duì)三分量電壓信號(hào)進(jìn)行采樣；所述主控器與發(fā)射電路單元、接收電路單元、存儲(chǔ)單元和通訊單元電性連接，用于控制發(fā)射天線與接收天線的工作狀態(tài)，還用于對(duì)三分量電壓信號(hào)的采樣進(jìn)行處理，建立時(shí)間序列數(shù)據(jù)，所述存儲(chǔ)單元用于儲(chǔ)存處理后的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，所述通訊單元用于與上位機(jī)建立通訊。

21、有益效果：探測(cè)控制模塊具備高集成度，包含了發(fā)射控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通訊等多種功能，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。大容量的存儲(chǔ)單元使得瞬變電磁儀具備長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存測(cè)試數(shù)據(jù)的功能，可完成長(zhǎng)鉆孔探測(cè)且無需連接通信電纜，有效降低了系統(tǒng)成本。

22、進(jìn)一步，所述的瞬變電磁儀探測(cè)單元通過wifi或usb與上位機(jī)建立通訊。

23、有益效果：多種通訊方式用于工作參數(shù)設(shè)定和數(shù)據(jù)傳輸，操作人員可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況靈活選擇。

24、進(jìn)一步，所述殼體使用玻璃纖維材料。

25、有益效果：提供足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)不影響發(fā)射信號(hào)功率和接收靈敏度。

26、另一方面，本發(fā)明提供了一種瞬變電磁儀探測(cè)方法，包括如下步驟：

27、s01、將探測(cè)單元的受電接口與電源短節(jié)連接，并連接電源短節(jié)與探測(cè)單元，瞬變電磁儀上電開啟wifi；

28、s02、打開平板或手機(jī)的wifi開關(guān)，搜索并連接鉆孔瞬變電磁儀wifi；

29、s03、運(yùn)行上位機(jī)軟件，設(shè)置鉆孔瞬變電磁儀的工作參數(shù)，并開啟鉆孔瞬變連續(xù)采樣；

30、s04、將鉆孔瞬變電磁儀通過鉆桿適配頭安裝至鉆桿前端；

31、s05、利用鉆機(jī)將鉆孔瞬變電磁儀送入鉆孔進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)包括電磁響應(yīng)信息和工作姿態(tài)信息，使用存儲(chǔ)單元保存測(cè)量數(shù)據(jù)，上位機(jī)軟件記錄鉆桿數(shù)量的時(shí)標(biāo)數(shù)據(jù)；

32、s06、將鉆孔瞬變電磁儀退出鉆孔，斷開電源短節(jié)和探測(cè)單元，用usb線連接探測(cè)單元，另一端連接上位機(jī)；

33、s07、連接鉆孔瞬變電磁儀wifi，運(yùn)行上位機(jī)軟件，獲取存儲(chǔ)的采集數(shù)據(jù)；

34、s08、斷開usb線，保存采集數(shù)據(jù)，上位機(jī)軟件根據(jù)鉆桿數(shù)量的時(shí)標(biāo)數(shù)據(jù)、采集數(shù)據(jù)和工作姿態(tài)信息完成地質(zhì)體成像。