[发明专利]用于时域电磁测量的补偿线圈和B场测量系统及装置

权利要求书

1.一种用于产生B场测量的时域电磁(TDEM)地球物理测量系统，包括：

发射器线圈；

补偿线圈，其相对于发射器线圈以基本同心和共面取向定位；

接收器线圈，其相对于所述补偿线圈以基本同心和共面取向定位；

电流源，其连接至发射器线圈和补偿线圈以向发射器线圈和补偿线圈施加周期性电流；以及

数据收集系统，其被配置成从接收器线圈接收磁场对时间的导数信号dB/dt，并对所述磁场对时间的导数信号dB/dt积分以产生磁B场测量，

所述发射器线圈、补偿线圈以及接收器线圈相对于彼此定位，以使得在接收器线圈位置，由补偿线圈产生的磁场对由发射器线圈产生的主磁场有抵消效果。

2.如权利要求1所述的TDEM地球物理测量系统，其特征在于，所述发射器线圈由发射器线圈框架支承，所述补偿线圈由补偿线圈框架支承，所述补偿线圈框架的直径比所述发射器线圈框架的直径小，以及所述接收器线圈由接收器线圈框架支承，所述接收器线圈框架的直径比所述补偿线圈框架的直径小，所述系统包括从发射器线圈框架的中心点向外径向延伸至各个位置的多条径向缆索，所述补偿线圈框架和接收器线圈框架分别连接至所述径向缆索。

3.如权利要求2所述的TDEM地球物理测量系统，其特征在于，包括连接至发射器线圈框架周长周围的多个位置的悬挂系统，以及附连至所述悬挂系统以将所述线圈框架悬挂在飞行器上的悬挂附连缆索。

4.如权利要求3所述的TDEM地球物理测量系统，其特征在于，所述悬挂系统被配置成在飞行期间将所述线圈保持于基本水平取向。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的TDEM地球物理测量系统，其特征在于，

所述发射器线圈和补偿线圈分别包括线匝，由此来自所述电流源的电流通过发射器线圈传递到与其电连接的补偿线圈，所述电连接以串联方式实现，且使电流以相反方向环流。

6.如权利要求5所述的TDEM地球物理测量系统，其特征在于，所述发射器线圈的中心和所述补偿线圈的中心呈现的磁场与所述电流方向和线匝数成比例，且与所述线圈的整体尺寸成反比例，从而形成具有主磁场的基本同心的系统，在所述接收器线圈处测量时的所述主磁场基本为零。

7.如权利要求1到6中任一项所述的TDEM地球物理测量系统，其特征在于，所述电流源对所述发射器线圈和所述补偿线圈施加周期性电流，所述周期性电流在每个周期内具有正导通周期和截止周期以及随后的负导通周期和截止周期，所述补偿线圈具有减小接收器线圈处的导通周期信号的效果，以使得通过放大接收器线圈信号来提高SNR。

8.如权利要求1至7中的任一项所述的TDEM地球物理测量系统，其特征在于，所述数据收集系统包括：

低噪声前置放大器，其连接至所述接收器线圈以放大来自所述接收器线圈的磁场对时间的导数信号dB/dt；

低通抗混叠滤波器，其对经放大的信号dB/dt滤波；

ADC，用于对经滤波信号dB/dt进行数字化；以及

信号处理单元，用于对经数字化的信号dB/dt积分以产生所述B场测量。

9.如权利要求8所述的电磁测量数据采集系统，其特征在于，所述信号处理单元能用于：

在一个或多个周期上对所述经数字化的信号dB/dt的正和负半周期求平均，以获得积分常数；以及

在整个周期上对所述经数字化的信号dB/dt积分以产生所述B场测量。

10.一种用于产生B场测量的信号处理方法，包括：

从定位在补偿线圈内的接收器线圈获得接收器线圈信号，所述补偿线圈进一步定位在发射器线圈内，每个线圈相对于其它线圈以基本同心取向定位，所述发射器线圈和所述补偿线圈产生周期性脉冲，所述周期性脉冲分别具有正导通时间、随后是截止时间、随后是负导通时间、随后是截止时间；

将所述接收器线圈信号数字化；

在一个或多个周期上对经数字化的接收器线圈信号的正和负半周期求平均，以获得积分常数；以及

在至少一个完整周期上对所述经数字化的接收器线圈信号积分以产生所述B场测量。

11.如权利要求10所述的信号处理方法，其特征在于，包括将所述数字信号微元化到具有对数尺度上的基本相等时间间隔的门电路中。

12.如权利要求10或11所述的信号处理方法，其特征在于，还包括将所述接收器线圈、补偿线圈以及发射器线圈悬挂到飞行器上，并使所述飞行器在测量区域飞行，同时获得所述接收器线圈信号。