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电磁法是五十年代初开始发展起来的一种新的物探方法,并得到较快发展。在初期主要是研究总和场的观测方法,但因这类方法受地形和覆盖层影响比较大以及探测深度较浅等原因,故应用的局限性较大。
国内关于电磁法仪器方面的研究工作在方法技术及研制方面开展有限,故国内所使用的电磁法仪器基本依靠从国外引进,但这些仪器经过试验,效果不是十分理想。主要问题在于国外现有的连续波低频电磁仪不大适合我国多山、低阻覆盖、地电及地质条件都较复杂这个客观现实。此外它所观测的虚、实分量是相对于一次场的比值,称其为相对测量。相对测量的优点是发射电流的不稳定和接收机性能的不稳定对观测结果不会带来附加的误差。但是,收-发距的不准及地形影响均能产生较大误差(甚至造成假异常)。
因此,通过采用绝对测量的方法来解决因收发距不准确而影响所观测值不准这个问题。绝对测量观测的是在观测点与一次场大小无关的纯二次场。这种方法的优点是:收-发距的不准确对观测值的影响甚小、地形的起伏一般不会引起假异常、地形对有用的异常只起畸变作用及增大发射场强能有效地增大探测深度等。为了研制一种适用于我国地形条件的电磁法仪器,原武汉地质学院物探系低频感应电磁法科研组于1962年开始研究虚分量电磁法。并于1976年研制成功了DDW-1型无参考线虚分量电磁仪,但该仪器仍存在一些问题。例如:发射机工作可靠性及稳定性不足;接收机采用“磁补偿”谐振接收方式,虽然可以提高灵敏度,但操作复杂且抗干扰能力不强等。
针对DDW-1型无参考线虚分量电磁仪的不足,本课题通过采用微弱信号检测技术与电子技术对DDW-1型电磁仪进行了改进。其中,接收机部分采用相敏检波、窄带滤波等技术克服了DDW-1型电磁仪操作复杂的问题,并提高了系统的抗干扰能力;发射机部分采用锁相环等技术提高发射机的稳定性。同时,在此基础上增加了数字处理功能,可实现数据实时存储以及数据传输等功能,拥有友好的人机交互界面。
通过对虚分量电磁仪的研究,得到如下结论:
(1)通过采用相敏检波技术对微弱的待测信号进行提纯的设计思路是正确的:因为噪声干扰与有用信号既同频又同相的几率很低,因此通过相敏检波技术可以对噪声信号进行很好的压制,同时与锁相环(PLL)技术相结合,可以进一步提高系统的抗干扰能力。
(2)虚分量电磁仪的设计思路是可行的:通过采用虚分量测量法来研究二次场这一纯异常场。发射机则采用锁相环(PLL)等技术可以保证两路同频率且相位相差180°的方波信号高稳定性,通过驱动半桥来激励发射线圈,从而实现在发射线圈周围产生交变一次磁场。接收机则将相敏检波技术和锁相环(PLL)技术相结合,接收通道的接收线圈接收纯二次场信号,参考通道的参考线圈接收一次场信号,将参考通道信号作为相敏检波器的参考信号对待测信号进行相关处理,再进行进一步的滤波处理得到需要的直流纯虚分量值。通过对直流虚分量值进行观测来确定现场是否有异常。
(3)虚分量电磁仪的功能是可以基本实现的:通过对发射机部分和接收机部分进行测试,所得到的结果基本达到设计要求。
本课题所研究的无参考线虚分量电磁仪具有操作方便、可靠性及稳定性高的优点,有能够进行大范围推广使用的可能。