專利名稱：電磁掃描系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁掃描系統(tǒng)，這種掃描系統(tǒng)可用以觀測(cè)或檢查地殼、機(jī)器、車輛、各種飛機(jī)和其它能在自身或自己的元件中感應(yīng)出渦流的物體或材料。舉例說，本發(fā)明特別適宜進(jìn)行地殼的深層地質(zhì)勘探。
本發(fā)明主要涉及這樣一種電磁掃描系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一發(fā)射機(jī)，用以產(chǎn)生射向和/或通過待掃描的物體或材料的低頻電磁脈沖串;一接收機(jī)，用以檢測(cè)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的電磁脈沖在物體或材料本體或其導(dǎo)電組成部分中感應(yīng)出來(lái)的渦流所產(chǎn)生的電磁信號(hào);模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用以將所收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成適宜進(jìn)行分析用的數(shù)字形式;和一同步脈沖發(fā)生器，耦合到發(fā)射機(jī)和接收機(jī)上，用以使接收機(jī)的操作與發(fā)射機(jī)產(chǎn)生電磁脈沖的過程同步。
在本發(fā)明的操作過程中，電磁脈沖串是射向和/或令其通過待掃描的物體或材料，這些脈沖在物體或材料本體內(nèi)或其導(dǎo)電組成部分內(nèi)感應(yīng)出渦流，該渦流又產(chǎn)生能為接收機(jī)所檢測(cè)的電磁信號(hào)。渦流是在處于磁通變化著的某一區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)體本體內(nèi)感應(yīng)出來(lái)的，在本發(fā)明中，周期的磁通變化的區(qū)域是由所發(fā)射的電磁脈沖串產(chǎn)生的。此外導(dǎo)電物體或材料，或含有導(dǎo)電組成部分的物體或材料，具有所感應(yīng)的渦流所產(chǎn)生的特定電磁“標(biāo)記”，接收機(jī)所檢測(cè)的就是這些電磁標(biāo)記，這些電磁標(biāo)記可以加以分析，從而產(chǎn)生物體或材料的組成的勘察結(jié)果。在特定物體或材料的標(biāo)記已事先判斷出來(lái)的情況下，本發(fā)明可用以檢測(cè)所述物體或材料的改變或其內(nèi)含物的變化。
本發(fā)明的同步脈沖可以從衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)例如以NAVSAT為商名上市的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中獲得，這種系統(tǒng)為海、陸、空配備有衛(wèi)星接收機(jī)的交通工具提供高度精確的瞬時(shí)三維空間位置。獲自衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信息可用以確定掃描設(shè)備在經(jīng)線和緯線的位置。根據(jù)從自動(dòng)計(jì)程儀電纜獲得的脈沖計(jì)算出地面/空氣的速率，再將數(shù)據(jù)脈沖串經(jīng)由輸出端口每秒一次發(fā)送到計(jì)算機(jī)上。
本發(fā)明還涉及一種適用于上述掃描系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)，該發(fā)射機(jī)包括一脈沖發(fā)生器，用以產(chǎn)生低頻的電脈沖串;一放大器，用以放大電脈沖;和一電氣線圈陣列，至少由4個(gè)電氣線圈組成，各電氣線圈圍繞陣列的軸線配置，各線圈的軸線大致上平行于陣列的軸線，所述各線圈連接到放大器的輸出端。
線圈陣列為放大器所提供的經(jīng)放大的電脈沖串所激勵(lì)時(shí)，沿線圈陣列的軸線就有電磁脈沖串產(chǎn)生，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)線圈陣列，可使這些電磁脈沖串射向和/或通過待掃描的物體或材料。線圈陣列的一個(gè)軸向端可設(shè)置適當(dāng)?shù)钠帘挝?，使脈沖串只從線圈陣列的另一端傳播出來(lái)。為使脈沖或周期電磁信號(hào)的功率處于最佳狀態(tài)，各線圈可與放大器的輸出端并聯(lián)連接。此外各線圈的阻抗應(yīng)與放大器的輸出阻抗匹配。
脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的脈沖的信號(hào)脈沖/空號(hào)脈沖比，而脈沖或周期電磁串的信號(hào)脈沖/空號(hào)脈沖比取決于待掃描的物體或材料所產(chǎn)生的衰減。舉例說，應(yīng)用本發(fā)明進(jìn)行地殼地質(zhì)勘探時(shí)，各脈沖的信號(hào)脈沖/空號(hào)脈沖比隨待掃描地殼的深度而增加。
電氣線圈以印刷電路線圈為宜。各線圈可包括印刷在絕緣襯底上的雙同心繞組，繞組的各匝交替配置。各匝可以取矩形結(jié)構(gòu)。放大器可以是立體聲功率放大器，各線圈的兩個(gè)繞組分別連接到放大器的兩個(gè)不同輸出端，連接到各輸出端的繞組則彼此互相并聯(lián)連接。
線圈陣列可包括至少四堆圍繞陣列軸線配置的線圈，各堆線圈包括多個(gè)通常共軸線的線圈，配置得使線圈堆的軸線大致上平行于陣列的軸線。舉例說，各線圈堆可包括多個(gè)重疊著的印刷電路線圈，各印刷電路線圈則由上面所述的雙同心繞組組成。各印刷電路線圈的各繞組連接到立體聲放大器的不同輸出端上，且與其它線圈堆的各繞組并聯(lián)。
脈沖發(fā)生器適宜產(chǎn)生頻率在電磁頻譜的長(zhǎng)波頻率范圍內(nèi)的電氣脈沖，最好在0.33赫至150赫的范圍。
脈沖發(fā)生器最好是經(jīng)穩(wěn)定化的脈沖發(fā)生器，能產(chǎn)生起動(dòng)邊緣精確確定的方波。
本發(fā)明還涉及一種適用于上述電磁掃描系統(tǒng)并用以檢測(cè)物體或材料中或其導(dǎo)電組成部分中感應(yīng)的渦流所產(chǎn)生的電磁信號(hào)的接收機(jī)，該接收機(jī)包括一電氣線圈檢測(cè)器，該檢測(cè)器包括一個(gè)或以上實(shí)質(zhì)上共軸線定位繞組，定位繞組的軸線指向發(fā)出待檢測(cè)的電磁信號(hào)的物體或材料;一放大器，供放大所檢測(cè)的信號(hào);一模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用以將所檢測(cè)到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式;以及數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)和/或處理裝置。
線圈檢測(cè)器可包括串聯(lián)連接的共軸線圈堆。各線圈可以是印刷電路線圈，并包括雙同心繞組，繞組的各匝交替配置。在這種配置方式的情況下，各印刷電路線圈的各繞組可分別連接到兩個(gè)通道放大器的兩個(gè)輸入端上，連接到各通道的繞組彼此串聯(lián)互連。各印刷線圈呈空間陣列共軸線堆置，各毗鄰襯底至少相隔1英寸。
獲自接收機(jī)的數(shù)字信號(hào)可以就地處理和分析以產(chǎn)生勘測(cè)或檢測(cè)結(jié)果，或者也可以存儲(chǔ)起來(lái)，供以后處理和分析之用。
為更易于理解本發(fā)明的內(nèi)容，現(xiàn)在參看附圖，其中
圖1是說明本發(fā)明的發(fā)射機(jī)的方框原理圖;
圖2是圖1線圈陣列的示意側(cè)視圖;
圖3則是本發(fā)明接收機(jī)的方框原理圖。
參看附圖的圖1和2。發(fā)射機(jī)連接到衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(例如NAVSAT接收機(jī))的接收機(jī)1，供提供1赫的同步脈沖。發(fā)射機(jī)包括一低頻脈沖發(fā)生器2，NAVSAT接收機(jī)的同步脈沖即提供給低頻脈沖發(fā)生器2;一立體聲功率放大器3;和一線圈陣列4，供傳播電磁脈沖串之用。脈沖發(fā)生器2的輸出端連接到立體聲放大器的兩個(gè)輸入端5上。線圈陣列4包括四個(gè)圍繞線圈陣列的一中心軸線配置的印刷電路線圈堆6。各線圈堆包括多個(gè)重疊的大致共軸線配置的印刷電路線圈7，各線圈堆的軸線大致平行于線圈陣列的中心軸線。各線圈7包括矩形結(jié)構(gòu)的雙同心繞組8，各繞組的線匝交替配置。各印刷電路線圈的兩個(gè)繞組分別連接到立體聲放大器3的兩個(gè)輸出端9，且在各線圈堆中，連接到放大器的各輸出端的線圈8互相并聯(lián)連接。
由NAVSAT接收機(jī)1同步化的低頻脈沖發(fā)生器2適宜提供例如1赫的電脈沖串給輸出例如為每通道1000瓦的功率放大器3。根據(jù)上面所述，顯然各通道是用以驅(qū)動(dòng)半個(gè)發(fā)射機(jī)線圈陣列4。
各組并聯(lián)連接的繞組8的阻抗與放大器3的輸出阻抗在每通道4-8歐的標(biāo)稱直流電阻值匹配。
如圖3所示，接收機(jī)包括一電氣線圈檢測(cè)器10、一兩通道前置放大器1、一帶模/數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)施的計(jì)算機(jī)12、一具有在硬盤驅(qū)動(dòng)裝置上的存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)13和一具高清晰度顯示能力的計(jì)算機(jī)14。通過使NAVSAT接收機(jī)供給計(jì)算機(jī)12的同步脈沖可以使接收機(jī)與發(fā)射機(jī)同步運(yùn)行。各計(jì)算機(jī)連接到顯示監(jiān)控器15、16、17上。
線圈檢測(cè)器10包括一大致上共軸線的印刷電路線圈堆8。各線圈18包括一雙同心繞組，其繞組各線匝交替配置，且各印刷電路線圈的各繞組分別連接到前置放大器的兩個(gè)輸入通道19上。連接到各放大器通道的繞組彼此串聯(lián)互連。印刷電路線圈18的襯底在線圈堆中彼此相隔至少1英寸。線圈堆10應(yīng)用絕緣材料構(gòu)成，但印刷電路線圈例外。
當(dāng)用以進(jìn)行地殼的深層地質(zhì)勘探時(shí)，發(fā)射機(jī)的線圈陣列4通常垂直于地面配置，脈沖發(fā)生器2則低頻運(yùn)行，例如在獲自NAVSAT接收機(jī)1的同步脈沖所形成的1赫頻率下運(yùn)行，使得各脈沖的起動(dòng)邊緣精確確定。于是線圈陣列4就產(chǎn)生低頻電磁脈沖串，該脈沖串在地殼中傳播，并在地殼中的導(dǎo)電組成部分感應(yīng)出渦流。脈沖的信號(hào)脈沖/空號(hào)脈沖比根據(jù)待進(jìn)行的勘探深度而調(diào)節(jié)。因此勘探深度越大，信號(hào)脈沖/空號(hào)脈沖比就越大。在導(dǎo)電組成部分中感應(yīng)出的渦流產(chǎn)生電磁信號(hào)，該電磁信號(hào)由接收機(jī)線圈堆10所檢測(cè)，接收機(jī)線圈堆10的軸線通常也垂直于地面。計(jì)算機(jī)12從前置放大器11讀出得出的模擬數(shù)據(jù)，將模擬信號(hào)變換成數(shù)字字，并將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)經(jīng)由輸入/輸出端口傳送到其它計(jì)算機(jī)13、14，以便進(jìn)行處理和分析，以提供識(shí)別發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的電磁脈沖串所掃描的大塊地殼的組成數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)12將模擬數(shù)據(jù)顯示在有關(guān)的監(jiān)控器15上。計(jì)算機(jī)12的操作與接收機(jī)產(chǎn)生脈沖的過程同步，從而獲得自接收機(jī)線圈10所檢測(cè)的電磁信號(hào)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)精確定時(shí)。
計(jì)算機(jī)13讀取計(jì)算機(jī)12經(jīng)由輸入/輸出端口提供的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，給數(shù)據(jù)加上日期和時(shí)間，并將混合數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在硬盤存儲(chǔ)器中。輸入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)顯示在其有關(guān)的監(jiān)控器16上。計(jì)算機(jī)14也從計(jì)算機(jī)12讀取數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，變換數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)供PGA顯示用，并將其實(shí)時(shí)顯示在有關(guān)的多重同步監(jiān)控器17上。
盡管這里介紹了一個(gè)特殊的實(shí)施例，但不言而喻，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，是可以對(duì)其進(jìn)行修改的。
權(quán)利要求
1.一種電磁掃描系統(tǒng)，它包括一發(fā)射機(jī)，用以產(chǎn)生射向和/或通過待掃描的物體或材料的低頻電磁脈沖串；一接收機(jī)，用以檢測(cè)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的電磁脈沖在物體或材料本體或其導(dǎo)電組成部分中感應(yīng)出來(lái)的渦流所產(chǎn)生的電磁信號(hào)；模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置(12)，用以將所收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成適宜進(jìn)行分析用的數(shù)字形式；和一同步脈沖發(fā)生器(1)，耦合到發(fā)射機(jī)和接收機(jī)上，用以使接收機(jī)的操作與發(fā)射機(jī)產(chǎn)生電磁脈沖的過程同步。
2.用于電磁掃描系統(tǒng)的一種發(fā)射機(jī)，它包括一脈沖發(fā)生器(2)，用以產(chǎn)生低頻電脈沖串;一放大裝置(3)，用以放大上述電脈沖;和一電氣線圈陣列(4)，至少由四個(gè)電氣線圈(7)組成，各電氣線圈圍繞線圈陣列的軸線配置，各線圈的軸線大致上平行于線圈陣列的軸線，所述各線圈連接到放大裝置(3)的輸出端(9)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)射機(jī)，其中線圈陣列(4)的一個(gè)軸向端設(shè)有屏蔽裝置，使電磁脈沖串只從線圈陣列的另一端傳播出去。
4.如權(quán)利要求2或3所述的發(fā)射機(jī)，其中線圈(7)并聯(lián)連接到放大裝置(3)的輸出端(9)，且各線圈的阻抗與放大裝置的輸出阻抗匹配，從而使電磁脈沖串的功率處于最佳情況。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的發(fā)射機(jī)，其中電氣線圈(7)是印刷電路線圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)射機(jī)，其特征在于，各線圈(7)包括印制在絕緣襯底上的雙同心繞組(8)，各繞組的線匝交替配置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的發(fā)射機(jī)，其特征在于，繞組(8)的各線匝制成矩形結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的發(fā)射機(jī)，其中放大裝置(3)是一個(gè)兩通道的功率放大器，各線圈(7)的兩個(gè)繞組(8)分別連接到放大裝置的兩個(gè)輸出端(9)上，連接到各輸出端的繞組(8)彼此互相并聯(lián)連接。
9.如2至8任一權(quán)利要求所述的發(fā)射機(jī)，其中線圈陣列(4)包括至少四個(gè)圍繞線圈陣列的軸線配置的線圈堆(6)，各線圈堆(6)包括多個(gè)通常是共軸線的線圈(7)，配置得使線圈堆的軸線大致上平行于線圈陣列的軸線。
10.根據(jù)2至9任一權(quán)利要求所述的發(fā)射機(jī)，其特征在于，脈沖發(fā)生器(2)適宜產(chǎn)生頻率在電磁頻譜的長(zhǎng)波頻率范圍的電脈沖，最好在0.33赫至150赫行范圍，且該脈沖發(fā)生器是經(jīng)穩(wěn)定化的且產(chǎn)生起動(dòng)邊緣精確確定的方波。
11.電磁掃描系統(tǒng)中用的一種接收機(jī)，用以檢測(cè)物體或材料中或其導(dǎo)電組成部分中感應(yīng)的渦流所產(chǎn)生的電磁信號(hào)，該接收機(jī)包括一電氣線圈檢測(cè)器(10)，該檢測(cè)器包括一個(gè)或以上實(shí)質(zhì)上共軸線的定位繞組，定位繞組的軸線指向發(fā)出待檢測(cè)的電磁信號(hào)的物體或材料;放大裝置(11)，供放大所檢測(cè)的信號(hào);一模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置(12)，用以將檢測(cè)出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式;和數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)和/或處理裝置(13，14)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的接收機(jī)，其中線圈檢測(cè)器(10)包括串聯(lián)連接的共軸線線圈堆，各線圈為印刷電路線圈(18)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的接收機(jī)，其特征在于，各印刷電路線圈包括一雙同心繞組，繞組的各線匝交替配置，各印刷電路線圈的各繞組分別連接到兩通道放大器(11)的兩個(gè)輸入端上，連接到各通道的繞組則彼此互相串聯(lián)連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的接收機(jī)，其中印刷電路線圈(18)在有間距的陣列上共軸線地堆置，印刷電路線圈的毗鄰襯底彼此間隔至少2.4厘米(1英寸)。
全文摘要
電磁掃描系統(tǒng)包括發(fā)射機(jī)，用以產(chǎn)生射向和/或通過待掃描的物體或材料的低頻電磁脈沖串；接收機(jī)，用以檢測(cè)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的電磁脈沖在物體或材料中感應(yīng)出來(lái)的渦流所產(chǎn)生的電磁信號(hào)；和同步信號(hào)發(fā)生器，用以使發(fā)射機(jī)與接收機(jī)同步運(yùn)行。發(fā)射機(jī)包括脈沖發(fā)生器；放大器，用以放大脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的電脈沖；和線圈陣列，接收機(jī)包括電氣線圈檢測(cè)器，其軸線指向發(fā)出感應(yīng)電磁信號(hào)的物體或材料；放大器，用以放大所檢測(cè)的信號(hào)；一模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用以將所檢測(cè)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式；以及數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)和/或分析裝置。
文檔編號(hào)G01V3/10GK1049255SQ9010662
公開日1991年2月13日 申請(qǐng)日期1990年7月31日 優(yōu)先權(quán)日1989年7月31日
發(fā)明者巴里·歐內(nèi)斯特·蘭福德, 彼得·范瓦倫 申請(qǐng)人:診斷發(fā)展有限公司