[发明专利]基于光纤传感技术的航空电磁数据采集系统及采集方法

说明书

本发明提出了一种基于光纤传感技术的航空电磁数据采集系统及采集方法，采集系统包括采集航空电磁数据的三分量光纤电场传感器和光纤磁场传感器，不受外界干扰电磁场的影响。多通道光纤电场和磁场调制解调仪器，沿光纤电磁传感器布设的单模和多模光纤，沿电磁发射线圈布设的单模和多模光纤，多通道DAS/DTS复合调制解调仪器，复合调制解调仪器可以在航空电磁系统工作时实时同步连续测量航空电磁数据采集系统和电磁发射线圈的温度和振动，利用实时同步连续测量的温度和振动数据可以对航空电磁数据进行温度和振动的校正，消除发射线圈与接收传感器在空中的温度变化和振动对所采集的航空电磁数据的干扰影响，以获得高可靠性和低噪声高质量的航空电磁数据。

技术领域

本发明属于航空电磁测量和航空电磁勘探技术领域，具体涉及一种基于光纤传感技术的航空电磁数据采集系统及采集方法。

背景技术

光纤是一种非常重要的无源器件，它具有径细质轻、电绝缘性好、抗腐蚀和抗电磁干扰性强等优点，易实现分布式监测，适合在复杂恶劣的环境下工作，通过对传感器结构设计和封装工艺选择可实现对压力、温度、流量、加速度、噪声、振动、声波、地震波、组分分析、电场和磁场等物理量的测量，已广泛地应用于能源化工、航空航天、大型土木工程等领域。

航空电磁法是一种以飞机为运载工具进行地下目标体探测的方法，广泛用于矿产资源勘查、快速地质填图、油气勘查、地下水及环境和工程监测等各个领域。目前固定翼航空电磁法和直升机电磁探测法是应用比较普遍的2种方法。航空电磁系统，是按场源特点和一定设计方案组成的一整套航空电磁法设备(飞机、航空物探仪器、发射和接收线圈以及它们之间的安装关系等)的通称。

航空电磁法大致可分为三类，即感应场音频连续波系统、感应场音频脉冲波系统和辐射场系统。感应场音频连续波系统包括硬架系统(如直升飞机的吊式硬架系统、直升飞机或固定翼飞机的机身硬架系统、固定翼飞机的翼尖硬架系统)，吊舱系统或非硬架系统(如固定翼飞机吊舱系统、旋转场双机系统)；半航空系统(如航空双框法)。感应场音频脉冲波系统包括感应脉冲瞬变系统(吊舱式)和相关对比法感应脉冲瞬变系统(机身硬架式)。辐射场系统包括长波(甚低频)电台辐射场观测系统和天然音频磁场观测系统。感应场音频连续波系统和感应场音频脉冲波系统需要自备发射源，故又称有源系统或主动系统。辐射场系统一般不需要自备发射源，故又称无源系统或被动系统。航空电磁法所应用的飞机主要是适于低空飞行的轻型固定翼飞机或直升飞机。固定翼飞机的优点是续航时间长，成本低，缺点是对地形适应性较差(仅适用于平原或低丘陵地区)。直升飞机系统，特别是喷气涡轮直升飞机适用于各种地形条件。直升飞机的续航时间较短，成本较高。

轻型固定翼飞机或直升机时间域航空电磁法的原理是利用发射线圈向地下发送一次脉冲磁场，即为一次场；在其激发下，地下的地质体中激发出感应涡流，将产生随时间变化的感应二次场。系统由接收线圈获取其二次感应电压，该电压值与磁感应强度对时间的变化率dB/dt成正比，分析电压曲线衰减情况可获得地下矿体的位置、形态、构造等信息。

目前航空电磁数据采集系统的电磁场传感器采用的是电容式电场传感器和感应线圈或磁通门式磁场传感器，电磁场采集系统需要有与其电磁场传感器相配套的前置信号放大器，陷波器、滤波器、模数转换器、数据存储器、高速数据传输电路和供电电源等电子器件，它们很难避免受到航空大电流发射源信号的干扰，其电磁传感器和信号采集电路也会受到空中温度变化的影响。此外搭载航空电磁系统的固定翼飞机或吊装航空电磁系统的直升飞机在进行飞行作业时，飞机机身的剧烈抖动或振动会对其搭载的或吊装的航空电磁测量系统产生极大的影响。如果在数据处理阶段消除不了飞机机身的剧烈抖动或振动带给航空电磁数据的严重干扰噪声，我们可能无法使用有各种严重干扰噪声的航空电磁数据来探测地下的地质体或矿产资源目标体。

发明内容

为了克服现有航空电磁数据采集系统构造复杂的电子元器件和电子线路容易受到大电流发射源信号的干扰，机载大电流发射线圈和航空电磁数据采集模块会受到空中温度变化和飞机机身的剧烈抖动或振动的影响等问题，本发明提出了基于光纤传感技术的航空电磁数据采集系统和采集方法。