盗墓笔记应用の地下金属探测器的制作

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简单应用。下面是描述其原理与制作技巧。

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目前国内外对地下金属的探测方法有以下几种:(1)直接法和插钎法(2)COD法(3)地震波映像法(4)电法勘探等。对于物体埋深浅且覆盖层又很松软的地方，一般选择钢钎插入这种经济、方便可行的方法。然而这种方法要求方位能确定，且覆盖层是松软的土质。COD法即单道共偏移距法(commonoffsetdistance)。其原理是，在要探测区域由仪器激发弹性波，若地下有金属物存在，基于金属物质与周围介质之间的物性差异，激发的弹性波在遇到这一界面时会发生反射。由仪器接收反射波形并作下记录「‘」。再根据发射信号的同相轴的连续性及频率的变化分析判断金属的空间位置。COD法对波长有限制，受环境干扰影响较大，因此实施的时间一般在夜晚。地震波映像法是最近几年才出现的新方法，由于弹性波在地下介质的传播过程中，遇到地下金属后产生反射、折射和绕射波，使弹性波的相位、振幅及频率等发生变化，进而在反射波时间刨面上出现畸变，从而确定地下金属的存在「z7在没有地下金属的地方，地震波的形态及到达时间应该大致相同，而地震波发生畸变及出现新的波组的地方，尤其连续发生畸变的地方，则可能有金属存在「z7地下介质和变化的环境对地震波映像法影响较大，同时由于地震波映像法在理论及实际操作中还有许多值得推敲的地方，所以不宜随意采用此方法。

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电阻率法首先在半空间建立人工电流场，根据岩土介质的导电性差异，若有
金属物体存在，就会使电场发生畸变，通过观测和研究人工建立的地中稳定电流
场的分布规律可以达到探测的目的「3-3]。电阻率法仪器成本低，灵敏度高，但是
其效率低，每次在敷设了一次导线后只能够完成一个记录点的数据观测。
充电法对于有明显走向的良导体能够很好地追踪和圈定。首先在目标体上接
入供电电极的一端，另一端垂直目标体远接地，观测测量电极上的电位梯度变化，
可对目标体进行定位。
自然电场法就是利用由各种原因所产生的天然电场测试地下目标体，在测试
时，首先要根据探测对象的大小布比例相当的测线测网。这也造成了自然电场法
机动灵活性差，在每次作业时，都需要安装、拆除发射、接收装置。
探地雷达近些年来受到广泛的关注，在探测时需要发射频率介于1n6一109的
无线电波，根据回拨信息来探测目标「4]。其探测精度与工作效率都很高，但仪器
的成本昂贵，电磁波衰减严重。
瞬变电磁法与频率域电磁法都是通过二次场去探测地下目标体的。由发射装
置不接地回线向地下发送脉冲式一次电磁场，脉冲磁场感应的地下涡流会产生二
次场，而后由接收装置观测一次场间歇期间二次场随时间的响应变化。瞬变电磁
法与频域电磁法有许多共同点，它们都属于研究二次涡流场的方法，都是基于电
阻率差异的物性基础，且根据傅里叶理论可知，瞬变电磁法的二次时变电磁场可
看作由多种不同频率的谐变电磁场产生的二次谐变场的组合。

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纵观瞬变电磁仪的发展历程，我们发现，国外电磁仪器的研制从时间上来说
要早于国内，且仪器性能相对要好些。目前国外研制的瞬变电磁仪器己形成各自
的特点，但大都朝着实时化、高精度和网络化的方向发展，这里主要介绍三种有
特色的产品。
1.加拿大的PROTEM
加拿大的PROTEM系统是在世界第一台瞬变电磁系统EM37的基础上改进和升
级来的，发射机与接收机采用电缆或稳定石英钟同步，接收机用8Mhz的CPU，采样
时间为6 us ^-800 ms , AD位数达到24位，其磁场信号的动态范围为175dB，频率范
围最大为270khz}''。该仪器性能稳定，精度高，但因为发射线框与接收线框的分
离，仪器显得比较笨重，缺少灵活性。
2.美国Zonge公司的GDP-32工工
GDP-32工工是一种多功能电磁观测系统，结合了先前仪器20多年的发展经验。
它的微处理器为66Mhz586快速处理器，采样时间为60ksps, AD位数达到16位，磁
场信号的动态范围达到190dBo GDP-32工工具有很好的低频稳定性，信号抗干扰能
力强。
3.加拿大凤凰公司的V8系列
V8是根据用户需求，采用先进的模块化设计，灵活配置。经过现今的科学发
展，其AD的位数以达到24位，接收到磁场信号的动态范围为144dB，分辨率很高。
它采用GPS同步，仪器轻便、微型且有很大的灵活性，能够适应复杂地形的工作
环境。

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国内瞬变电磁仪器从上世纪70年代才起步发展，研究水平与国外相比，明显
滞后。目前，国内的一些厂家和高校都在积极努力的研究智能化、实用性强的仪
器并取得了一些成绩。其中主要有:重庆地质仪器厂的ATEM一工II，中国地大(武
汉)的CUGTEM-4，吉林大学研发的ATEM瞬变电磁仪等。
随着改革开放，科学技术的快速发展，虽然国产的瞬变电磁仪在迅速地研制
发展，但和国外相比，新的电子技术使用程度不高，水平仍然滞后。我们要不断
的学习，提高电子工艺，提升瞬变电磁仪器的性能，改变物探行业对国外仪器的
依赖。

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瞬变电磁法(TEM)探测地下金属是在电磁感应的基础上发展来了。探测系统一般由发射装置与接收装置两部分组成。由发射装置发射一次场脉冲，在一次场脉冲的激励下，金属介质中会产生感应涡流，当关断发射装置中的电流，金属介质中的涡流不会立即消失，其周围空间会形成随时间衰减的二次磁场「6-.]地下金属物体的导电性、体积规模、埋深，以及发射电流的形态和频率决定了二次磁场随时间衰减的规律。我们通过接收装置接收到的二次场的相关数据，来分析判断地下金属物体的分布。如下图2-1所示为瞬变电磁法探测地下金属原理图。

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2.5地下金属探测的影响因素1.干扰因素地下金属探测除了自身仪器的影响外，还会受到天然电磁场噪声，人类文化设施的噪声等的影响「6]。一般仪器工作时的频谱范围从nHz^-nXlOHz，而外来磁场却从0}-GHz，高于仪器工作频谱范围的，可用仪器中的低通滤波器将其滤除。故这里的噪声主要指地磁场的微脉动，天电场，接收线圈摆动(风动)的干扰噪声。2.介质因素金属物体所在的土壤环境的电导率，金属的外壳，金属体内所含物体，发射装置与接收装置间的影响、金属物的磁导率、介电常数。3.几何因素探测金属物的埋深、直径、长度、壁厚以及地下倾斜角度;激励源的发射回线和接收回线的形状、尺寸、匝数以及它们相对金属物的空间位置和收发距离;埋设环境的地表地形等。4.关断时间发射装置切断电流到电流完全消失的时间，用tof表示。由查询的资料显示:若tof增大，接收线圈观测到的数据将会偏离理论上的值。这些因素的存在，会影响探测数据的准确性。因此必须采用一定的措施来抑制它们。以下为去除干扰所做的一些措施:1.在发射装置中，要确定好波形的选择。2.在几何因素中，我们可通过设计适当的发射装置回线和接收回线，平整测试环境来减少外界因素对仪器的干扰。3.通过数学物理模型的建立，利用数据处理与反演手段，可实现对电磁综合参量变异的确定.

4.选好信号采集的方法。
5.要注意线圈屏蔽。
6.数字地与模拟地要分开。

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本设计整体包括发射装置和接收装置。在发射装置设计中主要包括:驱动电
路、功率发射、过流保护、电流缓冲;在接收装置中主要包括:前置放大、滤波、
分段放大、A/D采集。最后还介绍了下位机与上位机的通讯。原理框图3-1所示。
其中激励源产生的方波信号经发射线圈发出，由接收线圈探测到地下金属感应产
生的二次磁场的信号，经前置放大电路进行放大，再进行程控放大，滤波，最后
经A/D转换，所得的数据通过USB接口送到上位机中。上位机对采集到的数据
进行处理，拟合并校正。因此要设计接收装置和上位机进行通信，以便在屏幕上
显示测量数据的信息。

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