瞬变电磁感应式天线分布电容零相位测试方法与应用

席振铢，木仁，徐昱，周胜，，陈兴朋

(1.中南大学 地球科学与信息物理学院,湖南 长沙 410083; 2.湖南省计量检测研究院，湖南 长沙 410014; 3.湖南五维地质科技有限公司,湖南 长沙 410205)

0 引言

瞬变电磁法[1-2](TEM)又称时间域电磁法,通过直接观测二次场,达到探测地下地质体的目的。由于受地形影响小、施工效率高,广泛应用于矿产、煤田以及水文等地质勘探中,近几年已逐渐向大深度矿产[3]和油气资源勘探[4-5]方向发展。在瞬变电磁法中,当接收天线处于临界阻尼状态时[6-7],输出信号接近感应信号。此时不仅响应速度快,且不会出现振荡,是阶跃响应的最佳状态[8-9]。通过改变天线的电参数可以使电路接近临界阻尼状态,其中电阻、电感可以直接测量得出,但是分布电容无法直接测量得到,只能使用间接的方法进行测量[10-11]。此分布电容与传统意义上的双极板电容是不同的,当电流通过不是理想导体的线圈时,在导线间产生电势差,导线周围区域出现电场,将这些以电场形式储存的能量等效成分布电容,主要与线圈绝缘层介电常数和厚度、线圈匝间距等参数有关[12]。

到目前为止,计算线圈分布电容的方法有建模法、有限元法、解析法等。有限元法[13]是根据线圈的静电储能与线圈两端的电压推导出线圈的分布电容，这种方法计算结果比较精确,但存在计算数据庞大、求解过程十分复杂,且针对不同的线圈只能单独计算,没有固定的公式进行求解等问题。建模法[14-15]是通过实验测出一些集总参数,据此建立相关模型再推导出线圈的分布电容，这种方法受模型限制较大,测出的参数精度也存在较大误差,导致大部分的测试结果差强人意。……