的旋轉(zhuǎn)軸任何角度重新引導(dǎo)由發(fā)射器產(chǎn)生的場(chǎng)。
[0020]邁爾斯(Miles)等人在美國(guó)專利7,646,201B2中揭示具有與內(nèi)部接收器回路及外部接收器回路同軸的剛性發(fā)射器回路的AEM系統(tǒng)。通過(guò)將接收器回路零耦合到發(fā)射器，可使接收器回路主要對(duì)由接收器回路界定的環(huán)形域內(nèi)產(chǎn)生的地球分散場(chǎng)敏感。
[0021 ] 庫(kù)茲明(Kuzmin)等人(專利申請(qǐng)案US 2010/0052685)揭示用于具有柔性幾何結(jié)構(gòu)的VTEM AEM系統(tǒng)的有源抵消系統(tǒng)。所述系統(tǒng)由外部發(fā)射器回路及內(nèi)部共面及共軸抵消回路組成，所述外部發(fā)射器回路及所述內(nèi)部共面及共軸抵消回路兩者均居中于接收器回路上。抵消回路及發(fā)射器回路經(jīng)串聯(lián)連接，使得將接收器處的初級(jí)場(chǎng)大約取消。然而，回路幾何結(jié)構(gòu)的撓曲導(dǎo)致由傳感器處的初級(jí)場(chǎng)的未經(jīng)抵消殘余部分所致的測(cè)量場(chǎng)的移位。在例如庫(kù)茲明(Kuzmin)的其中發(fā)射器及抵消回路大致圍繞磁場(chǎng)傳感器居中的系統(tǒng)的情形中，可從下式極近似地計(jì)算穿過(guò)每一回路的中心的軸向磁場(chǎng)HZ:
[0022]Hz(Z) = i/{2*a*(l+(z/a)2)3/2)
[0023]其中i為回路中的電流，a為回路的半徑且z為穿過(guò)回路的軸上的偏移。
[0024]在AEM系統(tǒng)的情形中，如果抵消設(shè)備可經(jīng)設(shè)計(jì)以便適應(yīng)發(fā)射器回路、磁場(chǎng)傳感器及抵消回路的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以便保留如在VTEM系統(tǒng)的情形中的系統(tǒng)柔性的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)改進(jìn)由磁場(chǎng)傳感器相對(duì)于發(fā)射器及抵消回路的運(yùn)動(dòng)界定的體積內(nèi)的抵消，這將是有利的。此抵消設(shè)備在柔性EM系統(tǒng)中將是有利的，且將改進(jìn)采用運(yùn)動(dòng)隔離的AEM系統(tǒng)中的抵消，如在波爾策(Polzer)系統(tǒng)的情形中。此抵消設(shè)備的第一優(yōu)點(diǎn)將在于產(chǎn)生經(jīng)改進(jìn)同相EM數(shù)據(jù)，且因此對(duì)高度導(dǎo)電礦石的經(jīng)改進(jìn)敏感度。第二優(yōu)點(diǎn)將在于產(chǎn)生可以經(jīng)改進(jìn)分辨率獲取的數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致對(duì)分散電磁場(chǎng)中的精細(xì)特征的更大敏感度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]本發(fā)明改進(jìn)經(jīng)抵消初級(jí)場(chǎng)優(yōu)于目前現(xiàn)有技術(shù)單回路抵消的質(zhì)量，其中磁場(chǎng)傳感器可在相對(duì)于發(fā)射器回路定位的經(jīng)界定體積內(nèi)使其位置變化。本發(fā)明還可改進(jìn)經(jīng)抵消初級(jí)場(chǎng)的質(zhì)量，其中發(fā)射器回路或其部分的位置可相對(duì)于抵消回路變化。
[0026]本發(fā)明使用多個(gè)線圈或回路，所述多個(gè)線圈或回路是借助用以形成實(shí)質(zhì)上抵抗磁場(chǎng)傳感器上的初級(jí)場(chǎng)的“抵消場(chǎng)”的電流來(lái)激勵(lì)。通過(guò)采用多個(gè)回路，可在比用單回路可完成的更大的體積范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)初級(jí)場(chǎng)的實(shí)質(zhì)消除。如此一來(lái)，經(jīng)抵消場(chǎng)與在使用單個(gè)抵消線圈時(shí)相比對(duì)系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)的改變較不敏感。
[0027]通過(guò)在“抵消回路布置”中使用多個(gè)回路，傳感器處的初級(jí)場(chǎng)的幾何變化可在比在單回路情況下可能的更大的體積范圍內(nèi)大約匹配(且相反)。由于用于抵消初級(jí)場(chǎng)的回路在幾何形狀上不與發(fā)射器回路相同，因此在其范圍內(nèi)抵消場(chǎng)的體積范圍及消除初級(jí)場(chǎng)的程度將取決于本發(fā)明應(yīng)用于的特定應(yīng)用。本發(fā)明的目的并非以完全相同方式消除所關(guān)注體積中所有點(diǎn)處的初級(jí)場(chǎng)，而是與用單個(gè)抵消回路可完成的情況相比，在特定體積范圍內(nèi)實(shí)質(zhì)上抵抗磁場(chǎng)傳感器上的初級(jí)場(chǎng)。
[0028]根據(jù)定義，詞語(yǔ)“消除”及“調(diào)零”及“取消”及其變體是指在所關(guān)注體積范圍內(nèi)實(shí)質(zhì)上減少發(fā)射器回路的初級(jí)磁場(chǎng)的效應(yīng)。消除的特定量及待在其范圍內(nèi)發(fā)生消除的體積視為由可利用本發(fā)明的特定方法或設(shè)備的要求確定。
[0029]應(yīng)注意，在其中抵消回路實(shí)質(zhì)上沿著軸消除磁場(chǎng)的情形中，消除在磁場(chǎng)并不具有極高頻率的情況下由于所述磁場(chǎng)的無(wú)散度性質(zhì)而從所述軸徑向擴(kuò)展。因此，在沿著此調(diào)零軸發(fā)生實(shí)質(zhì)消除的情況下，此“調(diào)零軸”的存在意味著在包括所述調(diào)零軸的體積內(nèi)的實(shí)際消除。根據(jù)定義，包括調(diào)零軸的此體積經(jīng)定義為“抵消體積”。
[0030]在本發(fā)明中，一組多個(gè)回路形成抵消場(chǎng)，所述抵消場(chǎng)在實(shí)質(zhì)上固定體積范圍內(nèi)在相對(duì)發(fā)射器天線的空間中以相反方式匹配初級(jí)場(chǎng)的形狀(即，其振幅、極性、時(shí)間及空間變化)。當(dāng)初級(jí)場(chǎng)在抵消體積范圍內(nèi)的變化較小時(shí)，抵消將對(duì)給定數(shù)目個(gè)回路更有效。
[0031]通過(guò)如此沿著調(diào)零軸使抵消回路的效應(yīng)匹配發(fā)射器的效應(yīng)而非如在單回路情形中在一點(diǎn)處，可在磁場(chǎng)傳感器在實(shí)質(zhì)上居中于此調(diào)零軸上的抵消體積內(nèi)相對(duì)于發(fā)射器移動(dòng)時(shí)獲得實(shí)質(zhì)消除。
[0032]發(fā)射器回路幾何結(jié)構(gòu)的小改變可在由抵消體積占據(jù)的空間中引起消移位。假定發(fā)射器回路的幾何結(jié)構(gòu)為實(shí)質(zhì)上剛性的，使得這些移位是小的，具有有限運(yùn)動(dòng)范圍的磁場(chǎng)傳感器將保持在抵消體積內(nèi)。在航空電磁勘測(cè)中，舉例來(lái)說(shuō)，實(shí)質(zhì)剛性可由支撐回路的復(fù)合結(jié)構(gòu)部件或由此些結(jié)構(gòu)部件及纜索的組合(其中的任一者在目前現(xiàn)有技術(shù)中可用作支撐框架)來(lái)供應(yīng)，而幾乎剛性的結(jié)構(gòu)通常由復(fù)合材料構(gòu)成外殼。
[0033]幾乎剛性結(jié)構(gòu)具有比實(shí)質(zhì)上剛性結(jié)構(gòu)小的柔性，且本文中對(duì)實(shí)質(zhì)上剛性結(jié)構(gòu)的提及應(yīng)視為包含為幾乎剛性的結(jié)構(gòu)。
[0034]因此，與可使用單個(gè)抵消回路獲得的質(zhì)量相比，本發(fā)明可用于在其中磁場(chǎng)傳感器或發(fā)射器回路的幾何結(jié)構(gòu)相對(duì)于抵消回路的位置變化的情形中改進(jìn)經(jīng)抵消初級(jí)場(chǎng)的質(zhì)量。
[0035]消除程度及可在其范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)抵消的抵消體積的大小取決于用于抵抗初級(jí)場(chǎng)的回路的數(shù)目。舉例來(lái)，抵消回路可經(jīng)配置以匹配初級(jí)場(chǎng)中的梯度，及/或匹配初級(jí)場(chǎng)中的曲率，等等類似于泰勒級(jí)數(shù)。取決于初級(jí)場(chǎng)消除的所期望量及待在其范圍內(nèi)消除場(chǎng)的體積，抵消回路可采取上文所提及回路組的疊加的形式?；芈房山?jīng)聚合以具有與上文所提及泰勒級(jí)數(shù)相同的效應(yīng)而無(wú)需經(jīng)配置以模擬所述級(jí)數(shù)的個(gè)別項(xiàng)。
[0036]為在抵消體積范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)滿意抵消，對(duì)有效抵消回路參數(shù)的選擇必須仔細(xì)挑選以便提供其中初級(jí)場(chǎng)將經(jīng)適合消除的滿意結(jié)果。每一抵消回路將具有匝數(shù)、有效半徑及電流，其在聚合時(shí)將形成具有特定幾何變化的抵消磁場(chǎng)。通過(guò)仔細(xì)選擇匝數(shù)、半徑及電流參數(shù)，抵消電路布置可經(jīng)設(shè)計(jì)以在特定體積范圍內(nèi)實(shí)質(zhì)上取消初級(jí)磁場(chǎng)。在抵消及發(fā)射器回路串聯(lián)布置的情況下，電流在抵消設(shè)計(jì)中并非自由參數(shù)且匝數(shù)及半徑的適合組合必須仔細(xì)選擇。
[0037]多個(gè)抵消回路安裝在抵消回路支架上。隨著抵消回路支架變得較剛性且通過(guò)確保此支架相對(duì)于初級(jí)場(chǎng)的幾何方面穩(wěn)定定位來(lái)實(shí)現(xiàn)較佳消除。發(fā)射器回路及抵消回路可幾乎或?qū)嵸|(zhì)上剛性接合在一起，同時(shí)準(zhǔn)許磁場(chǎng)傳感器在抵消體積內(nèi)移動(dòng)。
[0038]本發(fā)明可通過(guò)采用數(shù)個(gè)配置來(lái)在抵消體積范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)有效消除。舉例來(lái)說(shuō)，抵消回路可經(jīng)配置從而以數(shù)個(gè)方式抵消初級(jí)場(chǎng)，包含:
[0039]a.與發(fā)射器電路直接串聯(lián)連接，
[0040]b.與發(fā)射器電路(諸如與變壓器)感應(yīng)連接，
[0041]c.作為電獨(dú)立于任一發(fā)射器電路的電路，除數(shù)位或模擬控制信號(hào)外，所述數(shù)位或模擬控制信號(hào)可鏈接所述電路及所述發(fā)射器電路
[0042]在其中抵消回路與發(fā)射器回路串聯(lián)連接的情形中，忽略電容效應(yīng)，抵消回路的每一匝中的電流將與發(fā)射器回路的匝中的電流實(shí)質(zhì)上相同。在回路是以串聯(lián)連接的方式連接的情況下，電容可致使一些抵消回路中的電流的高頻(或快速改變)分量不同于發(fā)射器回路電流中的分量，從而影響初級(jí)場(chǎng)可被有效取消的程度。
[0043]在航空電磁勘測(cè)領(lǐng)域中，AEM系統(tǒng)通常包括大實(shí)質(zhì)上圓形發(fā)射器回路，所述大實(shí)質(zhì)上圓形發(fā)射器回路具有定位于所述回路的平面中的磁場(chǎng)傳感器。在此等情形中，在傳感器的標(biāo)稱位置周圍的整個(gè)體積內(nèi)取消初級(jí)場(chǎng)可係有利的。在其中磁場(chǎng)傳感器定位于發(fā)射器回路的中心中的系統(tǒng)中，抵消回路布置可包括兩個(gè)實(shí)質(zhì)上圓形抵消回路，其中抵消回路同軸地布置在發(fā)射器回路的平面中，本文中稱作為“共面”配置。在此兩個(gè)抵消回路共面配置中，內(nèi)部抵消回路半徑比外部抵消回路的半徑小且外部抵消回路的半徑比發(fā)射器回路的半徑小。此外，對(duì)內(nèi)部回路的磁矩的指向?qū)⑵叫杏诎l(fā)射器回路的磁矩，而內(nèi)部抵消回路及外部抵消回路的磁矩將相反。
[0044]在抵消電路布置的第二實(shí)例(本文中稱作為“偽亥姆霍茲(pseudoHelmholtz)”配置)中，多個(gè)回路可包括與實(shí)質(zhì)上圓形發(fā)射器回路同軸布置但在從反射器回路的平面沿相反方向偏移的平面中的至少一個(gè)實(shí)質(zhì)上圓形抵消回路組，且使得抵消回路的半徑比發(fā)射器回路的半徑小。在同軸配置中，抵消回路的磁矩的指向?qū)⑴c發(fā)射器回路的磁矩相反。
[0045]在上文兩種情形中，標(biāo)稱接收器位置位于發(fā)射器回路的中心處，且發(fā)射器回路在回路軸上產(chǎn)生具有逐漸消失的強(qiáng)度軸向梯度的場(chǎng)。因此抵消回路對(duì)經(jīng)配置以在回路中心附近消除發(fā)射器回路的軸向場(chǎng)及軸向曲率兩者。在情況并非這樣的情況下，第二抵消回路可經(jīng)配置有第一抵消回路以消除場(chǎng)及其梯度，或可采用三個(gè)抵消線圈來(lái)消除場(chǎng)及其梯度及其曲率。
[0046]本發(fā)明應(yīng)用到航空電磁勘測(cè)的領(lǐng)域，其中在存在大初級(jí)場(chǎng)的情況下測(cè)量從地球分散的小型場(chǎng)。在目前現(xiàn)有技術(shù)中，采用單個(gè)抵消回路來(lái)取消接收器處的初級(jí)場(chǎng)。然而，隨著較大發(fā)射器矩及更精確且更低頻率分散場(chǎng)測(cè)量變得可行，需要適應(yīng)變化的發(fā)射器-接收器幾何結(jié)構(gòu)的在存在大型場(chǎng)的情況下測(cè)量分散場(chǎng)的經(jīng)改進(jìn)構(gòu)件。特定來(lái)說(shuō)，在子25-Hz頻率下獲取分散場(chǎng)測(cè)量的重要方面在于準(zhǔn)許柔性發(fā)射器-接收器幾何結(jié)構(gòu)，如在波爾策(Polzer)的專利W0 2011/085462 A1中說(shuō)明。
[0047]本發(fā)明還可有利地改進(jìn)分散場(chǎng)測(cè)量，其中通過(guò)增加可在其范圍內(nèi)取消初級(jí)場(chǎng)的有效體積來(lái)存在柔性發(fā)射器-接收器幾何結(jié)構(gòu)，且