Discussion on the application prospect of the transient electromagnetic method based on the dual launcher and mine advanced detection

The dual transmitter implements the equivalent anti-magnetic flux transient electromagnetic method, which can effectively reduce the scope of the transient electromagnetic detection blind area. However, this method is rarely reported in the detection of pipelines in urban geophysical exploration and the application of coal mines. Based on this, this paper realizes the equivalent anti-magnetic flux transient electromagnetic method based on the dual launcher. The suppression effect of this method on the blind area is analyzed by physical simulation. And the detection experiment of underground pipelines is carried out outdoors. The results show that the dual launcher can significantly reduce the turn-off time, thereby effectively reducing the impact of the blind area on the detection results, and the pipeline detection results verify the device’s effectiveness. Finally, based on the ground experimental results, the application prospect of mine advanced detection is discussed. Compared with other detection fields, the formation of blind areas is mainly caused by the equipment. If the dual launcher can be used to reduce the blind area, the accuracy of advanced detection can be improved more effectively. The above research results are of great significance for improving the detection accuracy of the underground transient electromagnetic method.

DETECTION OF TRANSIENT SIGNAL USING THE DISCRETE WAVELET TRANSFORM

ＤＥＴＥＣＴＩＯＮＯＦＴＲＡＮＳＩＥＮＴＳＩＧＮＡＬＵＳＩＮＧＴＨＥＤＩＳＣＲＥＴＥＷＡＶＥＬＥＴＴＲＡＮＳＦＯＲＭＬｉｕＺｈｅｎｇ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＦａｃｕｌｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａ...

APPLICATION OF TRANSIENT ELECTROMAGNETIC PULSE IN DETECTING SUBSURFACE TARGETS

A basic scheme for detecting subsurface targets with nanosecond EM pulse and anespecially developed high quality travelling-wave antenna are described.The antenna is a sortof sector antenna with structure of three layers,which possesses higher radiation efficiency andbetter travelling-wave properties.A fine resolution graphic system and a high speed display areemployed in terminal processing.Metal pipes buried about 1 m under the earth can be detectedand clearly displayed.High resolution and short processing time of the system,compared withother similar devices,make it suitable for engineering use.

钻孔瞬变电磁法扫描探测RCQPSO-LMO组合算法2.5D反演

利用钻孔进行超前探测地质构造及含水体是地下开挖工程中的常规手段,如何利用这些钻孔进行钻孔瞬变电磁法扫描探测,从而实现钻孔孔壁外围地质异常体的精细探测,对实现地下工程地质透明化具有重要的指导意义.本文提出钻孔瞬变电磁法扫描探测2.5D反演的数据解译方法,首先针对随机性反演算法时效性低,易陷入局部最优解,而确定性反演算法依赖初始模型的问题,提出了组合策略的量子粒子群优化算法用来随机搜索最优初始模型.在此基础上,利用Levenberg-Marquarat方法求解Occam反演的目标函数,形成了RCQPSO-LMO组合算法进行2.5D反演,通过对比组合算法和单一算法,验证了组合算法具有更精确的反演结果.其次结合屏蔽条件下扫描探测,对比分析了有无屏蔽的2.5D反演结果,通过设定屏蔽系数对非探测方向信号进行部分压制,可以较好地解决钻孔径向扫描探测中对非探测方向信号部分屏蔽下的反演及成像.最后建立三组理论模型进行组合算法2.5D反演,结果表明:组合算法反演结果与理论模型的一致性较好,对低阻异常体的反演精度较高,验证了组合算法对钻孔孔壁外围低阻异常体具有较高的反演精度和分辨能力.

钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法

利用掘进巷道超前探水钻孔进行钻孔瞬变电磁法探测钻孔孔壁外围远距离含水体,避免了常规测井方法仅能探测钻孔孔壁岩层的“一孔之见”。目前钻孔瞬变电磁法受全空间效应的影响,接收到的单分量响应不能判别异常体方位;多分量响应可以近似判断异常体的大致方位,但难以通过成像等直观有效的方法对其进行精确定位。基于钻孔瞬变电磁法和方位电磁波测井相关理论,提出了钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法,采用方位线圈作为探测装置,减小线圈互感,增强钻孔瞬变电磁法的探测效果。同时,通过改变线圈旋转角,对钻孔孔壁进行360°扫描,形成钻孔径向全方位探测,旨在对钻孔孔壁外围岩体中的低阻体进行精确定位。首先推导方位线圈的互感解析表达式,探讨方位角对方位线圈互感的影响,通过数值计算确定最佳方位角取值。分别建立均匀介质和含低阻异常体的钻孔全空间三维地质-地球物理模型进行瞬变电磁场数值模拟,分析方位线圈的瞬变电磁法扫描探测多分量响应特征,总结方位线圈扫描探测瞬变电磁响应规律,确定了钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法,即通过钻孔轴向和径向的瞬变电磁响应特征判别钻孔孔壁外围岩体中低阻异常体的位置。最后建立含2个低阻体的地质-地球物理模型,采用最佳方位角的方位线圈进行数值实验,验证了该方法能有效地判别低阻异常体的方位。研究表明:钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测结果可以较好地反映钻孔径向外围岩体中低阻异常体引起的瞬变电磁场异常,全空间视电阻率成像结果分辨率较高。依据钻孔轴向和径向的瞬变电磁响应特征,钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法对钻孔孔壁外围岩体中的低阻异常体具有较高的分辨率及定位精度。研究结果可以为钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法的实际应用提供理论依据。

基于SVD-ILMD的暂态电能质量扰动定位检测方法

为实现对电网非平稳扰动信号的快速、准确分析,提出了融合SVD(奇异值分解)与ILMD(优化局部均值分解)的暂态电能质量扰动定位检测方法。首先,通过ILMD与模糊隶属度函数阈值处理噪声信息,削弱噪声干扰;然后,构造差值信号并利用滑窗SVD增强扰动特征,进一步抑制噪声干扰;最后,基于特征增强信号提出一种自适应阈值截断的暂态电能质量扰动定位检测方法。经仿真分析与算法对比,验证了所提方法定位准确、抗噪性强、计算量小,对过零与微弱扰动也有较好的定位效果。

利用瞬态面波运动学特征探测地下障碍物的研究与实践

城市工程物探中的面波勘探主要以多道瞬态面波的速度探测为主,在实际应用中常遇到地表条件复杂、作业时效要求高的情况,限制了该方法适用性。本文通过对瞬态面波传播机理的深入分析,全面总结了瞬态面波在运动学方面的特征,对如何运用这些特征开展地下障碍物快速探测提出了新的认识。在工程实践中,改进优化的探测技术与作业流程取得了显著的工程效果,切实提高了瞬态面波在城市地下障碍物探测的运用范围和时效。

基于粒子群算法的瞬变电磁检测小车结构优化

利用瞬变电磁法进行管道移动检测的过程中,经常由于检测设备抖动造成检测信号的误差或检测失败。为此,设计了一款可搭载瞬变电磁检测设备的自动检测小车。基于检测小车和埋地管道检测的工作要求,进行可变线圈搭载平台和减震机构设计,并利用解析法对弹簧阻尼器的刚度系数和阻尼系数进行优化。基于ANSYS Workbench软件对上摆臂和车轮连接件进行拓扑优化。基于减震机构的关键零件下摆臂对整体性能的影响,利用CCD中心组合试验法,进行仿真试验设计取得数据,并利用响应面法得出最大应力和质量与下摆臂设计参数的映射关系。采用粒子群算法对映射关系进行优化设计,获得最大应力和质量最小时的下摆臂参数。优化结果表明:采用Adams对优化后的检测小车进行运动学仿真,小车平台质心在竖直方向上位移和速度的峰值分别降低约55.7%和26.5%,均值分别降低约67.9%和24.2%,波动的次数也明显减少,检测小车性能显著增强。所得结论可为检测小车设计提供理论参考,对管道缺陷检测领域具有一定的工程意义。

OCTEM法探测地下空间地质病害体的应用研究

城镇地下空间地质病害体造成地面塌陷事故时有发生,对人民群众的生命财产安全构成巨大威胁。采用地球物理方法探测和预报地下空间地质病害体是预防城镇地面塌陷事故的重要方案。瞬变电磁法(TEM)是探测地下空间地质病害体的重要方法之一。等值反磁通瞬变电磁法(OCTEM)采用免接地、小体积、弱耦合的收发一体小型天线,便于在城镇硬化地面及施工空间受限的场地进行快速探测。本文结合理论计算和实际应用来研究OCTEM对地下地质病害体的探测能力。首先基于矢量有限元实现OCTEM三维正演,研究不同地电类型地质病害体的OCTEM响应特征。根据地下地质病害体的电性特征,构建了纯低阻型、纯高阻型、低阻-高阻复合型3类地质病害体地电模型,对比分析不同地电类型的地质病害体的异常响应,并计算包含地质病害体时的响应与不包含地质病害体时的背景响应之间的相对异常。计算结果表明:OCTEM对纯低阻型和低阻-高阻复合型地质病害体比较敏感,对纯高阻型地质病害体相对不敏感。对于低阻型或低阻高阻复合型地质病害体,低阻部分与围岩电阻率差异越大、厚度越大、埋深越浅,则相对异常越大,越容易被探测。随着深度加大,OCTEM探测分辨能力将减小。最后,通过在湖南浏阳某村镇试验剖面探测地下岩溶地质病害体案例,分析OCTEM的探测效果。

基于VMD模糊熵与GG聚类的直流配电网故障检测方法

针对直流配电网存在的故障信号难以提取、不易对各类故障进行诊断等问题,提出一种基于变分模态分解(VMD)模糊熵与Gath-Geva(GG)聚类的故障检测方法。首先,提取出暂态电流,采用VMD算法将故障暂态电流分解成若干个固有模态分量(IMF)。然后,分别计算分解得到的若干个IMF的模糊熵,将其作为特征向量。最后,采用GG聚类算法对故障特征的特征向量进行聚类识别。GG聚类的主要算法为将聚类样本划分为c类,设出隶属度矩阵,通过设定迭代来计算聚类中心与最大似然估计距离,更新隶属度矩阵,当隶属度矩阵满足条件矩阵时终止迭代,从而实现对单极故障、极间故障以及区外交流侧接地故障的聚类识别。仿真结果表明,所提保护方案可靠性强、准确率高,在不同故障类型、故障位置和过渡电阻等工况下均能可靠检测直流线路故障并准确识别故障类型,且具备一定的抗干扰能力。

钻孔瞬变电磁法接收线圈定向屏蔽物理模拟研究

钻孔瞬变电磁(BTEM)扫描探测方法可以利用巷道已有超前探查钻孔,通过旋转置于钻孔内收发线圈对孔壁外围隐蔽地质异常体进行扫描探测,因收发装置位于钻孔内,不仅避免了巷道内电气设备和金属物的电磁干扰,而且可以提高钻孔利用率,减少钻探工作量。然而,钻孔瞬变电磁法受全空间效应的影响,在扫描探测过程中,以收发线圈法线方向为探测方向接收异常体二次场信号的同时,还易受到其他方向信号的叠加干扰。若无法有效压制干扰信号,将直接影响对钻孔孔壁外围地质异常体的精确定位。利用屏蔽的方法,在接收线圈上安装屏蔽罩,尽可能保留线圈法线与屏蔽罩开口一致的探测方向的响应信号,而对其他方向的信号进行压制,从而实现钻孔孔壁径向一定范围内指向性探测。首先通过物理模拟实验探讨了不同匝数、尺寸的收发线圈对瞬变电磁场响应特征的影响,对适用于钻孔内的收发线圈参数进行组合优选。然后针对所要屏蔽的电磁波,选择不同种类的屏蔽材料,开展不同材料对不同方向电磁波的屏蔽效果实验。通过对比探测方向和其他方向的感应电动势,证实以泡沫镍制作的屏蔽罩能有效地压制非探测方向的干扰信号。通过实验分别对屏蔽罩的不同形状、磁导率等物性参数进行瞬变电磁场响应特征对比分析,并探讨屏蔽罩开口角度与定向屏蔽效果的关系,优化定向屏蔽罩参数,增强屏蔽效果。最后使用参数优化后的收发线圈和定向屏蔽装置进行钻孔瞬变电磁法径向断面扫描探测现场实验,采用基于混合分布的混沌量子粒子群和Levenberg-Marquarat及Occam组合算法的反演方法进行电阻率成像。研究表明:以泡沫镍为屏蔽材料,安装在接收线圈上的弧形屏蔽罩定向屏蔽效果较好,可以有效地压制钻孔瞬变电磁法扫描探测过程中非探测方向的信号干扰,且能较大程度的保留探测方向的异常响应信号,进而可以实现对钻孔孔壁外围隐蔽地质异常体的精确定位。

面向射电天文的微秒量级射频信号检测系统

瞬态信号对射电天文观测的影响越来越大,开发射频信号检测系统,可提升瞬态干扰检测能力,为进一步的瞬态信号特征分析提供重要技术支撑。本文基于USRP X310和GNU Radio平台,采用多相滤波、快速傅里叶变换、积分处理等,开发了微秒量级射频信号检测系统,实现了140 MHz实时带宽、30 MHz~6 GHz工作带宽、0.5μs时间分辨率的信号检测,并通过实测给出了检测系统的幅度测量精度、动态范围。实例应用表明,本文系统可应用于电子设备的辐射发射测量和电磁环境瞬态信号测量,为射电望远镜电磁兼容设计和干扰缓减提供技术支持。

基于Slepian序列信号字典的目标频段瞬态信号检测方法

提出一种基于Slepian序列信号字典的目标频段瞬态信号检测方法,该方法只关注目标频段的能量信息,是一种高效率的检测方式。首先,选取标准正交的Slepian序列组成信号字典,该字典能够表征目标频段内信号特征;然后,通过判断被观测信号样点与字典的匹配程度实现检测。对比实验表明,该方法的计算效率比短时傅里叶变换提升92%以上,比离散小波变换提升71%以上,比加窗Wigner-Ville分布提升35%以上。仿真实验使用时域稀疏的脉冲调制信号进行验证,结果表明了该检测方法的有效性。

排水管道泄漏检测技术及发展趋势分析

排水管道泄漏会对地下土壤造成污染,还可能引发冲刷空洞、塌陷等严重事故,应及时检出。通过文献调研排水管道泄漏检测技术的发展趋势,分析了CCTV、QV、土壤特征因子分析、探地雷达、航空热成像、高密度电阻率法、浅层瞬变电磁法等主流和潜在检测技术的特点、优劣势及现阶段研究方向。分析发现:国内CCTV检测技术多个技术细分方向都还有待发展;现有单一检测技术无法应对所有类型的检测任务,要获得准确、完整的地下管道状态信息,应综合应用多种技术;浅层瞬变电磁法是较有潜力的排水管道泄漏检测技术。

等值反磁通瞬变电磁法在长江堤防渗漏隐患探测中的应用

堤防渗漏是堤防工程常见险情之一,性质上多表现为隐蔽性、随机性,早期特征不明显,堤防渗漏隐患部位的准确探查对堤防工程渗漏隐患的防控具有重要意义。瞬变电磁法具有分辨率高、探测速度快、操作简便等特点,适用于堤防渗漏隐患探测的要求。以长江南京段江心洲堤防工程为探查目标,采用等值反磁通瞬变电磁物探技术进行渗漏隐患探测,通过对数据资料进行处理与分析,验证了该方法的可靠性,可为汛期堤防险情排查提供参考。

水平井瞬变电磁边界远探测数值模拟与响应特征分析

为克服频率域电磁感应远探仪器过长的缺点,提出采用瞬变电磁远探测方法进行边界探测,给出了均匀地层中响应解析计算方法,基于COMSOL Multiphysics有限元数值软件,建立了层状地层水平井瞬变电磁远探测响应计算模型,并对其在地层界面识别时的响应特征进行了分析。结果显示:双对数坐标系下,均匀地层中瞬态电磁远探测响应随采集时间呈线性衰减规律,且地层电阻率越大,响应衰减越快,同时刻采集的响应值越小;在两层地层中,定义背景地层响应与层状地层响应差异为边界场响应,岩层边界会导致边界场产生局部极值,该极值点对应的时间与岩层电阻率对比度、探边距离以及仪器倾斜角度密切相关,增大收发线圈间距可导致边界场响应极值向晚期时刻移动;在三层地层中,瞬变电磁远探测响应同时包含岩层上边界和下边界的信息,在边界场响应中形成两个局部极值点。研究成果为瞬变电磁远探测打下良好基础。

复系数滤波器锁相环电压暂降检测仿真研究

在三相电力系统中,单相电压暂降问题已经成为影响电力设备正常运行的最大隐患。本文针对传统单相电压暂降检测方法计算量大、动态性能差、检测精度较低的问题,提出一种基于复系数滤波器锁相环的电压暂降检测改进算法,通过引入相移算子,实现交叉去耦,极大地减小了检测计算量,提高了算法的动态性能和检测精度,特别适用于电压暂降的快速实时补偿,具有较大的实际工程应用价值。Matlab/Simulink仿真结果表明所提出的方法能快速精确地检测暂降深度,准确性与实时性满足电压暂降实时检测的需求。

数据挖掘的配电系统瞬时故障检测信息筛选方法

为了解决虚假无效信息和冗余信息筛选效果不佳、执行时间较长的问题,提出基于数据挖掘的配电系统瞬时故障检测信息筛选方法。根据配电系统瞬时故障检测机理的分析结果,确定采集的瞬时故障检测信息的类型,利用数据挖掘算法以逐层搜索迭代的形式,采集瞬时故障检测初始信息,融合瞬时故障检测信息,识别虚假无效及冗余信息,根据识别结果,以动态删除的方式,得出配电系统瞬时故障检测信息的筛选结果。结果表明,设计方法平均冗余程度和无效数据占比分别为1.57%和1.87%。设计方法输出筛选结果的冗余程度和无效数据占比指数更低,且执行时间开销更少,在筛选效果和运行性能两个方面均具有明显优势。

基于瞬变电磁法的张家峁煤矿地层富水性特征研究

煤矿地层的富水性探测对于煤矿的防水与治水工作至关重要。张家峁煤矿现阶段主采2-2煤层,面临上部基岩风化含水层和工作面前方火烧岩涌水的水害风险。鉴于瞬变电磁法对富水区、采空区、含水构造等高导异常体的高灵敏度等优势,本研究采用地面瞬变电磁法对该煤田西部特定区域2-2煤层上覆的基岩、风化带、第四系岩层以及烧变岩的富水性进行探测,在四个地层分别探查出低阻异常区6处、9处、9处和2处,并结合钻孔、地层、水文、地形和磁法探测成果等多元资料以及低阻异常区的可靠性,对低阻异常区的成因分别进行了综合分析,这可为该区域煤层开采防水与治水工作的规划与执行提供科学依据。同时,本研究也可为瞬变电磁法在其它地区地层富水性探测中的应用提供一套全面的数据采集、处理、反演以及分析与解释的参考与借鉴资料,以推动该技术在煤矿地层探测领域的进一步发展与应用。

瞬变电磁法在矿山巷道超前预报系统构建中的应用研究

利用CUGTEM-GKⅡ瞬变电磁仪对矿山巷道的超前勘探工作进行实时物探,并形成三维模型成像结果,给出了矿山岩层地下水涌水量、巷道顶板及两帮位移量等预警数据。其中,机器学习算法整合深度卷积神经网络、多列神经网络、数据二值化输出、模糊决策矩阵预警等算法,给出了覆盖范围较大的粗略预警结果和覆盖范围较小的精细预警结果。经仿真分析,粗略预警结果和精细预警结果均表现出一定的数据敏感性,且精细预警可以在巷道掘进问题岩层前24 h给出较高敏感度的预警结果。