[发明专利]一种基于SQUID的分离式瞬变电磁测量补偿系统和控制方法

说明书

本发明涉及一种基于SQUID的分离式瞬变电磁测量补偿系统和控制方法，补偿系统通过大功率发射系统和发射线圈提供交变磁场，利用补偿发射机和补偿线圈实现一次场抵消，用SQUID采集二次场数据给磁场收录系统；发射线圈与补偿线圈缠绕方向相反，与SQUID同心共面放置；匹配装置包括程控开关和匹配电阻网络。通过程控开关控制匹配电阻网络接入线圈回路的时序，既吸收线圈能量降低发射磁场幅值，又避免线圈内产生的涡流干扰二次场测量；通过调整补偿发射机工作参数进行一次场抵消，降低关断时间内磁场变化率以满足超导摆率。该系统及控制方法能有效解决SQUID的失锁问题，有利于提高系统的性能和稳定性。

技术领域

本发明涉及瞬变电磁探测领域，特别涉及一种基于超导量子干涉器(Superconducting Quantum Interference Devices,SQUID)的分离式瞬变电磁测量补偿系统和控制方法。

背景技术

瞬变电磁法又称时间域电磁感应法(TEM)，原理是向大地提供激励磁场，使地下介质发生涡流效应并产生二次场，通过测量二次感应磁场获得地下电导率信息。因此，为获得较大的激励磁场，目前的瞬变电测探测系统通常采用大功率发射机向发射线圈提供较大的电流和较短的关断时间，采用小线圈、磁棒或以超导量子干涉器(SQUID)为传感器进行磁场的接收。其中，SQUID凭借磁场分辨率极高和能直接测量磁场的优点，逐渐增大了在瞬变电磁领域的应用。

SQUID的读出电路实际上为锁相闭环系统，只有在系统正常工作即锁相时，SQUID的读出电路输出值才与被测场值一一对应，因此SQUID的摆率指标非常重要。摆率指标是指在外场作用下系统电路能跟踪住外场不失锁的能力，但高温SQUID由于磁场分辨率极高，在接收时会获得极为丰富的信号，超出摆率范围。当发射电流较大、关断时间较短或发射线圈与SQUID距离较近时，都会导致一次场的磁场变化率过大，使SQUID失锁。

CN108535667A公开了一种基于双补偿线圈的航空磁场补偿多线圈系统，该系统利用双补偿线圈对一次场信号进行补偿，防止一次场信号过大使接收机早期信号饱和，但该系统采用接收线圈采集磁场，和SQUID相比，接收线圈的带宽较小，测量精度低，无法满足大深度、大动态范围的探测需求。

CN105676295A公开了一种联合探测系统与方法，特别涉及一种基于SQUID的磁源激发极化-感应的联合探测系统与方法。该方法采用SQUID代替小线圈测量磁场，但并未考虑外界场磁场变化率过大导致SQUID的失锁问题，同时忽略了线圈与匹配电阻构成的闭合回路所产生的涡流对二次场测量的干扰。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种一种基于SQUID的分离式瞬变电磁测量补偿系统和控制方法解决瞬变电磁探测中SQUID的失锁问题，提高磁场测量精度。

本发明是这样实现的，

一种基于SQUID的分离式瞬变电磁测量补偿系统，该系统包括:

发射线圈；

补偿线圈，与所述发射线圈同心共面放置，缠绕方向与所述发射线圈相反；

SQUID，与所述发射线圈以及所述补偿线圈同心共面放置，

大功率发射系统，与发射线圈相连，向发射线圈提供双极性发射电流，记录发射电流参数；

补偿发射机，向补偿线圈提供双极性补偿电流实现一次场抵消；

磁场收录系统，通过SQUID采集二次场数据并收录磁场数据。

进一步地，大功率发射系统、磁场收录系统和补偿发射机通过GPS同步。

进一步地，所述系统还包括第一匹配装置与第二匹配装置，所述第一匹配装置与所述发射线圈并联形成闭合回路；第二匹配装置与所述补偿线圈并联形成闭合回路。