[发明专利]一种LF频段大跨距电磁波CT成像系统

说明书

本发明公开了一种LF频段大跨距电磁波CT成像系统，包括高精度同步测量系统、地面综合控制系统、时谐大磁矩磁场发射系统和高灵敏度宽频带磁场接收系统，高精度同步测量系统包括与时谐大磁矩磁场发射系统中的宽频带大功率发射电路电连接的发射同步电路，与高灵敏度宽频带磁场接收系统中的宽频带微弱信号接收电路电连接的接收同步电路，发射同步电路和接收同步电路分别通过电缆与地面综合控制系统电连接。本发明所公开的LF频段大跨距电磁波CT成像系统，利用磁偶极子天线代替电偶极子天线，降低了反演计算模型的复杂度，使理论模型与实际模型更加符合。

技术领域

本发明属于电波传播和地球物理勘探技术领域，特别涉及该领域中的一种LF频段大跨距电磁波CT成像系统，可以在城市地下空间高精度探测、高铁线路地质勘探、地铁建筑渗漏检测等领域应用。

背景技术

电磁波层析成像技术(CT)是利用电磁波透射目标体并通过计算机层析成像技术来探测物体内部电性参数结构的一种技术，属于CT技术的一种，是一种探测钻孔(或坑道)之间与背景电阻率有较大电性差异的异常体(如溶洞、地下暗河、断裂破碎带等)，并确定其空间位置和产状的非常有效的方法。

当前国内外物探应用中电磁波CT仪器均采用电偶极子收发模型(MHz)，例如廊坊物化探所的JW系列，岳阳奥诚的井下无线电波透视均是以电天线为基础原型研制的，在实际应用中分别采用不同长度的电天线作为发射、接收天线。电天线CT需要满足一定的天线准则(波长的1/4或者1/2)，当使用MHz频率激励时，天线长度在10米级别，例如选用0.5MHz—12MHz的电偶极发射天线，该频段的电偶极发射天线长度约为5m—10m(上天线+下天线)。当孔间距在几十米左右时，基于电天线的CT仪器电磁波传播距离与天线尺度可比，由于天线近场的强非线性以及方向性会受到天线结构影响，解析与测量的方法难以准确表示实际的电磁辐射方向性，这会对近场电磁探测的信号分析、处理和系统的技术性能产生影响，此时现有CT仪器已不能完全视为电偶极子，传统射线理论的定量化解释结果不可避免的会出现误差，限制了有效测试距离。

发明内容

本发明要改进现有电偶极子CT有效测试距离短(30m左右)、模型等效差和量化解释误差大的问题，提供一种LF频段大跨距电磁波CT成像系统。

本发明采用如下技术方案：

一种LF频段大跨距电磁波CT成像系统，其改进之处在于：包括高精度同步测量系统、地面综合控制系统、时谐大磁矩磁场发射系统和高灵敏度宽频带磁场接收系统，高精度同步测量系统包括与时谐大磁矩磁场发射系统中的宽频带大功率发射电路电连接的发射同步电路，与高灵敏度宽频带磁场接收系统中的宽频带微弱信号接收电路电连接的接收同步电路，发射同步电路和接收同步电路分别通过电缆与地面综合控制系统电连接。

进一步的，高精度同步测量系统的发射同步电路包括依次电连接在一起的高精度温度补偿晶振TXCO、FD分频电路和隔离型发射驱动电路，TXCO经FD分频电路产生300Hz的同步脉冲SYN1，SYN1经隔离型发射驱动电路分为两路，一路进入地面综合控制系统作为发射命令的同步，一路传输至宽频带微弱信号接收电路作为锁相环的同步信号。

进一步的，高精度同步测量系统的接收同步电路包括依次电连接在一起的隔离型接收驱动电路、脉冲整形滤波器、PLL模拟锁相环电路和高精度宽调幅压控晶振VCXO，SYN1经隔离型接收驱动电路和脉冲整形滤波器后变为同步脉冲SYN2，SYN2传输至PLL模拟锁相环电路。

进一步的，地面综合控制系统包括数字控制电路、U盘读写模块、同步模块、通讯模块、存储模块、孔下电池控制模块、绞车控制模块和工业触摸屏，由蓄电池或市电供电，数字控制电路采用基于STM32的ARM嵌入式处理器。

进一步的，与地面综合控制系统电连接的电缆缠绕在带棘轮机构的手动绞车上，手动绞车包括导电滑环、手柄、支架和绕线盘。