[发明专利]一种室内模拟瞬变电磁空间问题的方法及装置

权利要求书

1.一种室内模拟瞬变电磁空间问题的装置，包括箱体，其特征在于，还包括盐水溶液、高阻填充体、发射与接收线圈、发射机、接收机和控制器；

所述箱体位于水平地面的上方，所述高阻填充体内置在箱体的底部；所述盐水溶液位于高阻填充体的上方，盐水溶液填满箱体，盐水溶液高度与箱体的高度相等；

所述发射机与发射线圈之间无线传输连接，所述接收机与接收线圈之间通过无线信号传输连接，控制器输入端口与发射机输出端连接，控制器输出端口与接收机输入端连接。

2.根据权利要求1所述的室内模拟瞬变电磁空间问题的装置，其特征在于，所述发射与接收线圈为同点位置，所述发射与接收线圈位于所述箱体中心线水平处的高阻填充体顶部位置，用于调整所述发射与接收线圈到所述箱体中心位置的水平距离；

所述发射机、接收机、控制器水平布置在地面上方，所述发射机、接收机、控制器之间通过信号连接线连接，三者之间的水平距离大于等于三米；

所述发射机、接收机、控制器与箱体之间的水平距离大于等于七米；所述发射机、接收机分别通过信号连接线与发射与接收线圈连接，所述箱体与线圈之间的水平距离大于等于七米。

3.一种基于权利要求1或2所述的室内模拟瞬变电磁空间问题的装置的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，模型坡体与水平线夹角为α，L为模型的宽度，模型的深度等于模型的宽度，H为模型的高度，H₁为模型的一半高度，H₂为瞬变电磁空间最高点到水平线的距离，L₁为瞬变电磁最高点到模型边界的距离，各个变量之间存在以下关系，tanα＝H₂/(L/2-L₁)；

模型的尺寸H与L和盐水溶液的电导率根据实际研究对象的范围、电阻率、缩尺模型与相似模型的相似比与室内实验室空间大小确定，模型与原型之间的相似比满足以下基本要求：

σ_ml_m²＝σ_pl_p² (1)

公式(1)为瞬变电磁场物理模拟的相似性基本准则，其中，σ_p与σ_m分别是原型与模型的电导率，l_p与l_m分别是原型与模型的空间尺寸，p与m分别代表瞬变电磁空间问题的原型与模型；

在理想状态下，模型装置简化为以下三种空间状态：

若α＝0°，整个模型装置等效为半空间状态；

若α＝90°，且H₂＝0.5H和L₁＝0.5L，整个模型装置等效为3/4空间状态；

若α＝180°，整个模型装置等效为全空间状态；

其中，D为发射与接收线圈距离模型中心点O的水平距离，d为发射与接收线圈每次移动测量的距离；

步骤二，在室内试验中采取相似比为1:300，模型尺寸为2.0m×2.0m×2.0m，坡度α为45°，坡体最大高度H₂为0.5m，坡体段长度0.5L-L₁为0.5m，盐水溶液电阻率为0.1Ω·m，对应到实际工程中，实际工程模型为600m×600m×600m，山体坡度为45°，山体坡度高度最大值为150m，坡体段长度为150m；

步骤三，在室内选择相应的箱体、高阻填充体、盐水溶液、发射机、接收机，以及控制器，高阻填充体放在下方模拟空气，盐水溶液在高阻填充体上方模拟围岩或地层介质，按照实际山体外轮廓，制作高阻填充体形状，使之与山体外轮廓一致；

步骤四，选择实际现场测量的发射机与接收机，发射机连接发射线圈，接收机连接接收线圈，控制器分别连接发射机与接收机；

步骤五，待室内试验准备结束，放置发射与接收线圈在模型中心位置，发射机电流最大幅值设置为1.0A，其形式为双极性矩形脉冲序列，发射电流持续时间大于等于激励脉冲重复周期的0.25倍，整个模型中已经产生了一次电磁场，控制器瞬时关断发射机中的发射电流，由于瞬时的关断，整个模型会产生二次电磁场，控制器控制接收机接收此时的二次电磁场信号，获得瞬变电磁空间问题的响应信号，移动发射与接收线圈的位置，每次移动的距离为0.1米，模拟实际过程中每隔30米进行一次实地测量，按照上述的测量步骤，开展室内模型试验，获取线圈偏移过程中瞬变电磁空间问题的响应信号，获得特点空间与偏移距离条件下修正系数或函数。