一種大動態范圍地空瞬變電磁探測接收系統及方法
1.本發明涉及地球物理無損勘探技術領域，尤其涉及一種大動態范圍地空瞬變電磁探測接收系統及方法。
背景技術：
2.隨著經濟快速持續發展，資源和能源的問題日益突出，隨之地下探測需求量逐年增加，而傳統的地球物理勘探方法探測效率較低，難以滿足對資源大面積的快速勘探的需求，因此，急需能夠在地質條件復雜的地區實現高效率、高質量探測裝置及施工。瞬變電磁法屬于時間域人工源電磁方法，是以大地中巖(礦)石的導電性和導磁性差異為物理前提，根據電磁感應原理，分析電磁場空間和時間分布規律，通過反演手段分析相關地質問題的一種勘察方法。地空瞬變電磁法是瞬變電磁法的應用來擴展，是與無人機飛行平臺相結合，結合地面電磁法大功率發射和航空電磁法快速非接觸式采集的雙重優點，能夠進入地形復雜區域開展大深度資源勘探，近年來成為地球物理電磁法研究的熱點，使用時，接地電線源向地下發送電磁脈沖，電磁脈沖會激勵地下導體并在其內部產生感應渦流電流，渦流電流產生的二次磁場不會隨激發場的消失而立即消失，是產生一個瞬變衰減過程，利用接收線圈接收二次電磁場，研究電磁場與時間的變化關系。
3.雖然地空瞬變電磁勘探方法可大大提高了探測效率，但由于接收到的二次電磁場信號動態范圍過大，傳統瞬變電磁探測接收機難以接收大動態范圍的電磁信號，導致接收線圈接收到的二次電磁場信號損失嚴重，影響分辨能力，給資料的處理解釋帶來極大困擾。
4.現有地空時間信號采集系統采用了多階程控放大電路方案可解決上述問題。然而利用恒定倍數放大方案時，無法同時兼顧早期信號和晚期信號，過大的放大倍數會使得早期道信號飽和進行丟失一部分淺部信息，過小的放大倍數由于晚期信號無法達到ad轉換器的最小靈敏度而無法被捕獲到，進而損失一部分深部信息；當前可以利用數字增益調控技術可以解決這一問題。根據調控機制差異可分為公控型、預測型、包絡檢測型以及瞬時浮點放大型。其中公控型在單次采樣周期采用固定放大倍數，無法滿足單周期增益連續變換；預測型利用單次采樣周期前期數據預測后期數據，可以實現單周期連續調節，但對前期數據處理結果不理想；包絡檢測型采用包絡檢測電路與電壓比較器配合適用，處理速度相較預測型處理速度更快，但電路設計復雜度更高瞬時浮點放大型利用高速采樣電路預先獲得信號數據實時動態調節增益，但電路結構復雜，易引入數字噪聲且存在放大滯后性。
技術實現要素：
5.本發明的目的在于提供一種大動態范圍地空瞬變電磁探測接收系統及方法，所要解決瞬變電磁二次場信號大動態范圍接收失真問題。
6.本發明是這樣實現的，
7.一種大動態范圍地空瞬變電磁探測接收系統，包括：接收線圈、匹配電路、前置放大器保護電路、前置放大器、反調制agc信號調理電路、兩路ad轉換電路和上位機，所述接收
線圈為圓環形，所述匹配電路與所述接收線圈引出的導線兩端并聯，所述前置放大器保護電路連接接收線圈與前置放大器之間，所述反調制agc信號調理電路用于處理放大的改善瞬變電磁信號的動態范圍和提高ad轉換電路的轉換精度，所述的上位機對接收系統的控制以及信息的存儲。
8.進一步地，所述的接收線圈在圓環形骨架上纏繞一根且按照一個方向纏繞n 匝數的絕緣導線，絕緣導線為銅質漆包線，圓環形骨架為非導電材料。
9.進一步地，所述的agc反調制信號調制電路將大動態范圍的瞬變電磁信號通過反調制技術轉換為小動態范圍的非瞬變電磁信號，非瞬變電磁信號傳送至一路ad轉換電路，同時記錄反調制agc反饋電壓并傳送至另一路ad轉換電路，兩路經過轉換的信號用于推算agc不同時刻對應的增益。
10.進一步地，兩路ad轉換電路同時采集。
11.進一步地，所述agc反調制信號調制電路包括壓控增益放大器、低通濾波器以及檢波器，其中，所述壓控增益放大器的電壓控制端接收信號，當輸入信號變大時，壓控增益放大器的輸出端一邊將信號傳送至一路ad轉換電路，記為并將信號傳送至檢波器，再經過低通濾波器轉換為直流電壓信號，記為直流電壓控制信號反饋至壓控增益放大器的電壓控制端，并輸出至另一路ad 轉換電路，記錄直流電壓控制信號的大小。
12.進一步地，將兩路ad轉換器數據處理得到原始信號：
[0013][0014]
一種大動態范圍地空瞬變電磁探測接收方法，包括：
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通過接收線圈接收信號；
[0016]
通過匹配電路與接收線圈引出的導線兩端并聯后，調節匹配電路改變接收線圈的幅頻特性；
[0017]
信號通過前置放大器保護電路與前置放大器進行放大處理；
[0018]
將放大處理的信號經過agc反調制后輸出進行ad轉換為第一數據
[0019]
放大處理的信號經過agc反調制后經由檢波處理后，通過低通濾波轉換為直流電壓信號作為agc反調制的反饋；并將直流電壓信號輸出進行ad轉換為第二數據
[0020]
將第一數據和第二數據處理后得到原始信號。
[0021]
進一步地，原始數據通過下式計算得到：
[0022][0023]
本發明與現有技術相比，有益效果在于：
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本發明通過反調agc制技術，在傳統的地空瞬變電磁探測接收系統上進行改進，此技術可提高ad轉換器的轉換精度和提高接收系統的動態范圍，以此提高了地空瞬變電磁探測系統的接收精度，從而使后期地質信息解釋精度有所提高。
[0025]
本發明引入自動增益控制技術(automatic generation control，agc)來實現靈敏度的動態調整。agc電路常用在接收機等輸入信號電平有很大變化的環境中，當輸入信號較強時，使放大器增益自動降低，當信號較弱時，使其增益自動升高，保證在agc作用范圍內
輸出電壓比較均勻，使ad轉換器具有較高的轉換精度，提高接收系統的動態范圍，以此提高了地空瞬變電磁探測系統的接收精度。
附圖說明
[0026]
圖1本發明采用的大動態范圍地空瞬變電磁探測系統示意圖；
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圖2為圖1中的接收系統的電路框圖；
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圖3為圖2中的接收系統的反調制agc的電路框圖；圖4為反調制agc電路；
[0029]
其中，1無人旋翼機，2尼龍繩，3接收系統，4發射線纜，5發射系統。
具體實施方式
[0030]
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0031]
參見圖1所示，本發明基于地空頻率域探測系統，大動態范圍地空瞬變電磁探測系統包括無人旋翼機1通過懸掛尼龍繩2方式掛載接收系統3，發射系統5通過發射線纜4向地下雙極性pwm波形，發射功率人為可控。
[0032]
參見圖2所示，本發明接收系統包括：接收線圈、匹配電路、前置放大器保護電路、前置放大器、反調制agc信號調理電路、ad轉換電路和上位機組成，接收線圈有用于接收瞬變電磁信號，接收線圈為圓環形，在圓環形骨架上纏繞一根且按照一個方向纏繞一定匝數的銅質漆包線，匝數一般在600-1000匝，接收線圈骨架為非導電材料。匹配電路是在接收線圈的銅質漆包線連段并聯一定阻值的電阻，用于改善接收線圈幅頻特性，使線圈能夠接收更寬頻率的信息。瞬變電磁信號經過用于前置放大器保護電路的前放保護電路后傳送置前置放大器，前置放大器保護電路用于防止接收線圈產生過大的電壓損毀前置放大器。前置放大器將微弱的電磁信號進行初級放大，大動態范圍的瞬變電磁信號經過反調制agc使信號保持較大的幅度，并且通過反調制agc技術使其動態范圍變小，輸出端不需要直接觀測幅值變化，離線數據處理可對數據重構解釋，非瞬變電磁信號傳送至ad轉換電路，同時記錄反調制agc反饋電壓并傳送至另一路ad轉換電路，用于后期推算agc不同時刻對應的增益，其中的ad轉換電路為雙路且同時采集。
[0033]
參見圖3所示，接收線圈的等效電路為rlc諧振電路，其中vi為接收線圈的感應電壓，l為接收線圈的電感，r
l
為接收線圈的電阻，c為接收線圈的寄生電容，r0為匹配電路，vo為接收線圈的輸出電壓，根據等效電路可得其輸入與輸出的關系式為：
[0034][0035]
式中，ζ為阻尼系數，ω
p
為線圈的諧振頻率，具體可表示為：
[0036][0037]
[0038][0039]
所以可調節r0的改變接收線圈的幅頻特性，改善接收線圈的性能。
[0040]
參見圖4所示，為反調制agc電路的工作流程如下：
[0041]
瞬變電磁信號經過前置放大器初步放大后輸入反調制agc電路，該電路中壓控增益放大器是agc電路的核心，決定著agc電路的增益變化范圍。根據瞬變電磁信號特點設計出效值檢測電路的檢波器。低通濾波器的作用是得到檢波后信號的平均值成分，送入壓控增益放大器電壓控制端。agc電路的反映時間由低通濾波器的時間常數決定，若低通濾波器的時間常數過大，增益調控作用遲鈍，性能變差；若低通濾波器時間常數過小，則輸入信號的幅值變化也會引起agc作用，會抑制正常的幅度變化，這種情況稱為反調制。常規的agc 電路中，反調制的現象是不允許的。但是根據瞬變電磁信號信號特點，并且接收系統并不需要在線觀察數據實時情況，所以利用agc反調制原理便可實現更快速和更大動態范圍的系統調節。例如，當輸入信號變大時，輸出端一邊將信號傳送至第一路ad轉換電路，記為一邊將信號傳送至檢波器，再經過低通濾波器轉換為直流電壓信號，記為直流電壓控制信號反饋給壓控增益放大器，第二路ad轉換電路同時記錄直流電壓控制信號的大小，以ad603為例，壓控增益放大器的增益可設置為：
[0042][0043]
數據處理時需要第一路ad轉換器和第二路ad轉換器的數據，得到原始信號：
[0044][0045]
以此接收系統可將瞬變電磁原始信號進行高精度還原，并截取有效瞬變電磁信號時間窗口對信號進行預處理以提高信號精度。
[0046]
本發明提供一種大動態范圍地空瞬變電磁探測接收方法，包括：通過接收線圈接收信號；
[0047]
通過匹配電路與接收線圈引出的導線兩端并聯后，調節匹配電路改變接收線圈的幅頻特性；
[0048]
信號通過前置放大器保護電路與前置放大器進行放大處理；
[0049]
將放大處理的信號經過agc反調制后輸出進行ad轉換為第一數據
[0050]
放大處理的信號經過agc反調制后經由檢波處理后，通過低通濾波轉換為直流電壓信號作為agc反調制的反饋；并將直流電壓信號輸出進行ad轉換為第二數據
[0051]
將第一數據和第二數據處理后得到原始信號。
[0052]
上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
