[发明专利]一种地表长导线的多频率电感测量方法及电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种地表长导线多频率电感测量方法及电路,属于电子电力技术领域。

背景技术

目前，地球物理勘探工程中，常常在地表布设长达数千米两端接地的长导线，作为电磁波辐射的天线将电磁波发射到接收区域。两端接地长导线上的供电最高频率一般可达几十KHz，或者达到100KHz。在高频工况下，长导线的电感参数是这类供电系统设计的重要参数。在两端接地的供电回路中，接地电阻一般可控制在100欧姆左右，但是，在高频工况下，如100KHz，长导线的电感特性产生的感抗，可达数千欧姆，高频工况电流下降1-2个数量级。所以，为了设计两端接地长导线的辐射天线回路，需要对已经布设的两端接地长导线进行电感测量。例如，公开号为CN205898896U的专利公开了一种基于STM32的RLC测试仪，其包括：测量电路、量程切换电路、按键电路、嵌入式控制电路、液晶屏模块。所述的测量电路包含电阻测量电路、电容测量电路及电感测量电路；所述的量程切换电路是通过多路模拟选择开关CD4052，实现测量类别的转换；所述的按键电路是通过按键控制嵌入式来选择测量元器件类别、量程切换以及控制多路选择开关；所述的嵌入式控制电路用于对测量电路进行控制，输出测量数据；所述的液晶屏模块用于显示最后的测量结果。例如，公开号为CN205427011U的专利公开了一种数显多功能测频仪，包括测量端、切换电路、电阻测量电路、电容测量电路、电感测量电路、频率测量电路、主控器和显示电路，所述测量端用于连接待测元件，测量端的输出端经由切换电路连接电阻测量电路、电容测量电路和电感测量电路的输入端，电阻测量电路、电容测量电路和电感测量电路的输出端均连接频率测量电路的输入端，频率测量电路的输出端连接主控器，主控器的输出端连接显示电路。例如，公开号为CN205210159U的专利公开了一种语音读数万用表，包括表笔、单片机和分别与单片机相连的电压测量电路、电流测量电路、电阻测量电路，其技术要点是：还包括分别与单片机相连的语音合成模块、频率测量电路、温度测量模块、电容测量电路、电感测量电路及波形发生电路，语音合成模块连接扬声器，所述表笔连接波形发生电路，且表笔上设有与单片机相连的锁定读数按键和语音读数按键。

如图1所示是电阻和电感回路的总电阻合成原理示意图。图1中R表示纯电阻的阻抗坐标轴，R_L表示纯电感的感抗的坐标轴。R_阻是串联电阻的阻值，R_感是电感的感抗，R_总是电阻和电感串联电路的总阻抗。在高频工况下，R_感的大小能够达到R_阻的数十倍，严重降低了回路的高频发射效率，高频工况下，电感的感抗成为回路的主要阻抗。电感的理论公式和实际测量都表明，长导线的电感量对于工作频率来说，不是一个常量，是随着工作频率的变化的一个物理量。所以有必要在工作频段内的多个频率工况下，对布设的两端接地长导线进行电感的实地测量。

现有的地球物理电磁法勘探仪器的发射系统，使用的工作频率的最高不大于10kHz。实际上，对于浅层高分辨率电磁法勘探的最佳频率应该是从100kHz开始的一系列频率。所以，目前从10KHz到100KHz是尚未被地球物理电磁法勘探仪器的发射机覆盖的高频段。这一频段对应的勘探深度在100米以浅，是当今社会人类活动涉及最频繁的深度。10KHz到100KHz频段没有被发射机覆盖，是因为对两端接地长导线的电感特性，特别是高频段多频率下的电感特性研究不够。所以，研究发明了针对敷设与地表的两端接地的长导线，在多个频率下进行其电感值进行精确测量的方法。

理论上，长导线的电感量是能够计算的。实际上，敷设于地表的两端接地的长导线，其电感量与工作频率相关，也与导线地下及附近邻域甚至远处地下的地层的电导率和磁导率密切相关。计算长导线电感的最大困难时长导线地下、以及邻域地下甚至远处地层电磁参数是未知的，并且地层的电磁参数在地下也是三维分布的，这就使得长导线的电感计算，在技术上变得几乎不可能。所以，要想获得两端接地长导线的电感量，只能通过实地测量的技术方案。

图2是敷设于地表的两端接地长导线与地下地层单元的关系示意图。由于计算长导线电流产生的磁场需要涉及到空间的电导率和磁导率的电性参数，所以，长导线地下地层的电性分布就会对长导线电流在空间产生的磁场形成确定的影响。