劉世蕾1，張 瑩，岳建華

Simulink在瞬變電磁場(chǎng)暫態(tài)過程分析中的應(yīng)用

劉世蕾1，張 瑩2，岳建華2

(1. 中國礦業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2. 中國礦業(yè)大學(xué) 資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

為了研究瞬變電磁場(chǎng)分布變化規(guī)律，在理論上推導(dǎo)了不同阻尼狀態(tài)下的瞬變電磁暫態(tài)響應(yīng)方程，并采用Simulink對(duì)瞬變電磁場(chǎng)暫態(tài)過程進(jìn)行模擬仿真，設(shè)計(jì)開發(fā)了激勵(lì)電流、發(fā)射回線、地質(zhì)異常體、接收回線等效電路模塊和互感關(guān)系模塊；系統(tǒng)研究了電感、分布電容和電阻對(duì)發(fā)射和接收回線等效電路的影響。結(jié)果表明：發(fā)射回線的阻尼狀態(tài)決定了瞬變電磁場(chǎng)激勵(lì)波形特點(diǎn)，接收回線的阻尼狀態(tài)則直接影響瞬變電磁場(chǎng)的衰減特征和觀測(cè)質(zhì)量。電路仿真結(jié)果對(duì)于抑制非地質(zhì)因素的影響和指導(dǎo)瞬變電磁觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要意義。

瞬變電磁法；暫態(tài)過程；Simulink軟件；模擬仿真

瞬變電磁法是井下超前探測(cè)的主要方法之一，在煤礦防治水中發(fā)揮著重要作用[1-5]。國內(nèi)外瞬變電磁儀內(nèi)部固化的重疊或中心回線視電阻率計(jì)算公式多為磁偶源晚期近似公式[6-7]，當(dāng)在煤礦井下采用邊長2~3 m的小回線裝置時(shí)，視電阻率讀數(shù)與煤層及其頂?shù)装鍘r層的本征電阻率最大相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)[8-13]。近二十年來，人們一直在尋找能夠直觀、簡(jiǎn)明地闡述小回線裝置瞬變電磁場(chǎng)響應(yīng)特征的方法，以期指導(dǎo)儀器開發(fā)設(shè)計(jì)和實(shí)測(cè)資料處理與解釋[14-17]。但是，由于瞬變電磁場(chǎng)的分布變化規(guī)律受觀測(cè)系統(tǒng)和探測(cè)目標(biāo)體電性參數(shù)等多種因素的影響，在整個(gè)觀測(cè)過程中又經(jīng)歷了一次場(chǎng)、二次場(chǎng)成份此消彼長的復(fù)雜過渡過程，故很難找到像直流電法那樣的視電阻率定性公式，來簡(jiǎn)單明了地說明瞬變電磁場(chǎng)分布特征與其影響因素的關(guān)系。

Simulink是Mathworks公司開發(fā)的一款嵌入式多域仿真軟件，集動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析于一體。Simulink為用戶提供了模塊化的設(shè)計(jì)環(huán)境，擁有豐富的標(biāo)準(zhǔn)模塊庫，還可以自行定義和創(chuàng)建模塊。通過簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，從Simulink模塊庫中選用調(diào)取標(biāo)準(zhǔn)或自建模塊，即可構(gòu)造出復(fù)雜的線性或非線性系統(tǒng)[18]。

筆者采用Simulink軟件的主要功能模塊，建立了瞬變電磁法方波激勵(lì)信號(hào)發(fā)生器、發(fā)射回線、地質(zhì)體和接收回線的等效電路，研究了一次場(chǎng)、二次場(chǎng)特征及其與等效回路電感、電容和電阻的關(guān)系，為抑制非地質(zhì)因素的干擾影響和指導(dǎo)瞬變電磁觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了一種直觀、簡(jiǎn)便且有效的工具。

1 瞬變電磁場(chǎng)暫態(tài)過程的狀態(tài)方程

瞬變電磁場(chǎng)的產(chǎn)生與傳播經(jīng)概念化處理后可等效為發(fā)射回線、接收回線和地質(zhì)體3個(gè)LR電路相互作用的過程[17,19](圖1)。圖1中，TX loop表示發(fā)射回線，1、1為發(fā)射回線的電阻、電感；RX coil表示接收回線，2、2為接收回線的電阻、電感；Earth/target為大地或探測(cè)目標(biāo)體，3、3為地質(zhì)體的電阻、電感；12、13、23分別為發(fā)射回線與接收回線之間、發(fā)射回線與地質(zhì)目標(biāo)體之間以及地質(zhì)目標(biāo)體與接收回線之間的互感。

圖1 電磁勘探概念化電感耦合電路

圖2 接收回線等效電路

圖3 簡(jiǎn)化后的接收回線等效電路

簡(jiǎn)化后的接收回線等效電路狀態(tài)方程為：

將式(2)代入式(1)中，得：

式(3)可簡(jiǎn)化為：

其中，

式(4)變?yōu)椋?/p>

式(8)是二階非齊次線性常微分方程，其特征方程：

方程(9)解的判別式為：

式中：1和2為待定常數(shù)，以下同。

假設(shè)發(fā)射和接收回線之間及其與地質(zhì)體之間均為全耦合、無漏磁，則表征瞬變電磁場(chǎng)能量傳遞過程的感應(yīng)電流2就可由互感系數(shù)和源電流隨時(shí)間的變化率決定：

綜上所述，運(yùn)用數(shù)學(xué)解析法求解瞬變電磁場(chǎng)，首先要判定其阻尼狀態(tài)，求解式(9)得到特征根，然后進(jìn)行兩次積分方可得到形如方程式(11)—式(13)的通解[20]；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)瞬變電磁場(chǎng)所滿足的初始、邊界條件確定()以及待定系數(shù)1和2后，才能求得瞬變電磁場(chǎng)的解析解。這種求解過程十分復(fù)雜，即使在均勻大地條件下，其計(jì)算工作量也很大。

2 暫態(tài)過程的Simulink仿真電路

與數(shù)學(xué)解析法不同的是，運(yùn)用Simulink軟件進(jìn)行電路暫態(tài)過程分析時(shí)，只需在Simulink塊庫中(Simulink Library Browser)選擇對(duì)應(yīng)的元件并設(shè)定相關(guān)參數(shù)，構(gòu)建發(fā)射、接收和地質(zhì)體等效電路的子系統(tǒng)(Subsystem)，然后根據(jù)電路間的互感耦合關(guān)系調(diào)用Simulink塊庫中的功能模塊將子系統(tǒng)連接起來，就可以直觀、簡(jiǎn)便地建立發(fā)射回線、接收回線、地質(zhì)體渦旋電流場(chǎng)及其相互關(guān)系的計(jì)算模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬變電磁場(chǎng)的仿真模擬。

采用Simulink軟件仿真模擬瞬變電磁場(chǎng)的基本原理如圖4所示。其中：①方波生成模塊用于生成階躍信號(hào)，作為發(fā)射回線的激勵(lì)源；②發(fā)射回路中的暫態(tài)信號(hào)，分別輸入到接收回線和地質(zhì)體的等效電路中，各自表征發(fā)射回線與地質(zhì)體和接收回線間的互感關(guān)系；③發(fā)射回路與地質(zhì)體的互感信號(hào)作為地質(zhì)體等效電路的輸入信號(hào)(即地質(zhì)體的渦旋電流場(chǎng))，地質(zhì)體渦旋電流場(chǎng)暫態(tài)過程的輸出信號(hào)與接收回線發(fā)生互感作用，反映了從良導(dǎo)地質(zhì)體表面向內(nèi)擴(kuò)散衰減的渦旋電流場(chǎng)在接收回線中產(chǎn)生二次感應(yīng)電磁場(chǎng)的過程；④接收回線中可觀測(cè)到發(fā)射回線暫態(tài)變化的一次感應(yīng)場(chǎng)和地質(zhì)體渦旋電流場(chǎng)的二次感應(yīng)場(chǎng)，兩路信號(hào)同時(shí)接入接收回路中，即可得到瞬變電磁法的總場(chǎng)信號(hào)。式(11)—式(15)所表征的復(fù)雜計(jì)算過程均可由Simulink的功能模塊以等效電路及其互感作用的方式直觀地構(gòu)造出來，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬變電磁場(chǎng)感應(yīng)傳播過程的模擬和分析。進(jìn)一步，通過改變電路參數(shù)，可研究回線邊長、匝數(shù)、阻尼電阻等各種因素對(duì)瞬變電磁場(chǎng)的影響，從而為認(rèn)識(shí)和掌握瞬變電磁場(chǎng)分布變化規(guī)律提供了一種簡(jiǎn)單方便的途徑。

圖4 瞬變電磁場(chǎng)Simulink仿真模塊

與圖4對(duì)應(yīng)的模塊化仿真電路如圖5所示[19]。圖5中：圖5a為方波信號(hào)發(fā)生器；圖5b為發(fā)射回線仿真電路，()為發(fā)射電流，為內(nèi)阻，為電感，為分布電容，為儀器內(nèi)阻(亦可為阻尼電阻)；圖5c為地質(zhì)體等效仿真電路，其輸入信號(hào)為發(fā)射回線的發(fā)射電流信號(hào)，輸出信號(hào)與接收回線相互感應(yīng)；圖5d為接收回線等效電路，根據(jù)Signal輸入信號(hào)的不同分別模擬仿真一次場(chǎng)、二次場(chǎng)和總場(chǎng)。即若電路輸入信號(hào)Signal為地質(zhì)體渦旋電流信號(hào)，則電路輸出信號(hào)為純二次場(chǎng)；若Signal為發(fā)射回線的發(fā)射電流信號(hào)，則電路輸出純一次場(chǎng)；若Signal是發(fā)射回線與地質(zhì)體共同作用的信號(hào)，則電路輸出信號(hào)為總場(chǎng)。接收回線與發(fā)射回線之間、接收回線與地質(zhì)體之間、地質(zhì)體與接收回線之間都有一個(gè)如圖5e所示的感應(yīng)模塊電路，實(shí)現(xiàn)電路互感關(guān)系的仿真。互感模塊的輸入為源電流，首先由微分模塊Derivative計(jì)算出源電流的變化率，然后運(yùn)用乘法計(jì)算器Product和平方根模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)互感系數(shù)的計(jì)算；電流變化率與互感系數(shù)通過一個(gè)乘法器求積，再采用反模塊Unary Minus，便可得到輸入端的互感電流信號(hào)。Simulink軟件的Scope功能模塊具有輸出顯示功能，在模擬仿真過程中可同步顯示發(fā)射電流、地質(zhì)體渦旋電流和接收回線感應(yīng)電磁信號(hào)的波形，給模擬結(jié)果分析提供了可視化工具。

圖5 瞬變電磁場(chǎng)的Simulink仿真模塊

3 仿真結(jié)果與分析

3.1 發(fā)射回線關(guān)斷電流波形及其影響因素

采用方波供電激勵(lì)，設(shè)定供電方波的電流為24 A，脈沖周期為0.5 s，占空比為50%，相位延遲為0，仿真輸出波形如圖6所示，該波形對(duì)應(yīng)于實(shí)際工作中雙極性矩形波的半個(gè)周期。

圖6 發(fā)射電流輸出波形示意圖

圖7為電感值不同時(shí)的關(guān)斷電流波形。隨著發(fā)射回線電感值增大，關(guān)斷時(shí)間變長，衰減變慢，導(dǎo)致接收回線中一次場(chǎng)信號(hào)對(duì)二次場(chǎng)信號(hào)產(chǎn)生干擾影響。

圖7 電感不同時(shí)發(fā)射回線的關(guān)斷電流波形

由圖8可知，發(fā)射回線的分布電容也對(duì)發(fā)射波形產(chǎn)生影響。電容越大，對(duì)發(fā)射回路的影響越大，導(dǎo)致更長的關(guān)斷時(shí)間和更慢的電流衰減速度。因此，為了縮短關(guān)斷時(shí)間，應(yīng)減小發(fā)射裝置的電感和電容。

圖8 不同分布電容發(fā)射回線的關(guān)斷電流波形

圖9表明，當(dāng)發(fā)射回線在臨界阻尼狀態(tài)下工作時(shí)可在不出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象的前提下最大限度地減少關(guān)斷時(shí)間，一方面可以減少瞬變電磁法的測(cè)量盲區(qū)，另一方面又可使地下良導(dǎo)體表面感應(yīng)產(chǎn)生的渦旋電流場(chǎng)最強(qiáng)。

圖9 不同阻尼下發(fā)射裝置關(guān)斷電流曲線

3.2 接收回線電磁響應(yīng)曲線的影響因素

在重點(diǎn)考查接收回線內(nèi)阻、電感和分布電容對(duì)瞬變電磁響應(yīng)的影響時(shí)，為簡(jiǎn)單計(jì)，令接收回線等效電路的輸入信號(hào)為：

式中：E為常數(shù)。這是一個(gè)典型的負(fù)階躍函數(shù)，用于近似代替地下良導(dǎo)體渦旋電流場(chǎng)在接收回線中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。3種阻尼狀態(tài)對(duì)應(yīng)的歸一化響應(yīng)曲線如圖10所示。

從圖10可以看出，在過阻尼狀態(tài)下，負(fù)載阻尼小于回線阻尼，負(fù)階躍響應(yīng)衰減比較緩慢，因而出現(xiàn)較長時(shí)間的過渡過程，一次場(chǎng)影響造成瞬變電磁晚期視電阻率公式的計(jì)算結(jié)果明顯低于巖層真電阻率值；在欠阻尼狀態(tài)下，回線阻尼小于負(fù)載阻尼，不足以阻止電磁衰減越過平衡位置，輸出波形產(chǎn)生嚴(yán)重畸變，致使觀測(cè)到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)發(fā)生振蕩且出現(xiàn)負(fù)值，與瞬變電磁晚期視電阻率公式的假設(shè)條件不符；在臨界阻尼狀態(tài)下，接收回路的響應(yīng)速度最快且不發(fā)生振蕩，此時(shí)接收回路的電感、電容對(duì)正常觀測(cè)的干擾最小，觀測(cè)結(jié)果能夠客觀地反映探測(cè)目標(biāo)體的瞬變電磁響應(yīng)。由此可知，在實(shí)際工作中，應(yīng)通過調(diào)整阻尼電阻，盡量使接收回路處于臨界阻尼狀態(tài)。

3.3 電磁耦合特征

在表征瞬變電磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)換、傳播的等效電路中，感應(yīng)模塊分為3種類型：①發(fā)射回線與地質(zhì)體之間的感應(yīng)模塊電路；②發(fā)射回線與接收回線之間的感應(yīng)模塊電路；③地質(zhì)體與接收回線之間的感應(yīng)模塊電路。通過設(shè)置耦合系數(shù)，可模擬仿真不同裝置形式下發(fā)射、接收回線及其與地質(zhì)體之間的電磁耦合關(guān)系。如重疊回線裝置基本無漏磁，仿真時(shí)可選擇全耦合系數(shù)；若是分離回線裝置，則根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶋H測(cè)試結(jié)果確定耦合系數(shù)。圖11為在全耦合以及半耦合狀態(tài)下一次場(chǎng)電路仿真曲線，全耦合情況下一次場(chǎng)幅值約為半耦合情況下的2倍。

需要特別指出的是，3個(gè)暫態(tài)過程的互感作用是彼此相互的，如何最大限度地突出來自地下良導(dǎo)體的有效感應(yīng)信號(hào)和最大限度地減小發(fā)射回線與接收回線的干涉影響是儀器開發(fā)設(shè)計(jì)者應(yīng)該努力的方向。

4 結(jié)論

a. 發(fā)射回線電感和電容的大小直接影響關(guān)斷時(shí)間，強(qiáng)電感會(huì)對(duì)瞬變電磁一次場(chǎng)和二次場(chǎng)信號(hào)產(chǎn)生干擾，而大電容將減緩電流衰減速度，故在瞬變電磁裝置設(shè)計(jì)中，應(yīng)設(shè)法減小發(fā)射裝置的電感和電容。

圖11 感應(yīng)電路不同耦合關(guān)系對(duì)比

b.接收回線的阻尼狀態(tài)決定了觀測(cè)信號(hào)的波形特征。臨界狀態(tài)下，接收回路對(duì)探測(cè)目標(biāo)體渦旋電流場(chǎng)的響應(yīng)速度最快，且不出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。因此，在接收回線的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)采用接入匹配電阻的方法，使接收裝置工作在臨界阻尼狀態(tài)，從而減小回線過渡過程的影響。

c.采用Simulink軟件功能模塊，通過等效電路設(shè)計(jì)與仿真分析，可以簡(jiǎn)單方便地研究瞬變電磁法激勵(lì)電流、發(fā)射回線、地質(zhì)體、接收回線及其暫態(tài)過程之間的互感關(guān)系，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究回線內(nèi)阻、電感和分布電容等非地質(zhì)因素對(duì)多匝小回線裝置瞬變電磁場(chǎng)的影響，可為礦井瞬變電磁法應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

致謝：中國礦業(yè)大學(xué)張河瑞、李鋒平、劉海洋、劉彥濤和閆建勇等同學(xué)在Simulink仿真模塊設(shè)計(jì)和成圖過程中參與或提供了幫助，在此一并表示感謝。

請(qǐng)聽作者語音介紹創(chuàng)新技術(shù)成果等信息，歡迎與作者進(jìn)行交流

[1] 王大設(shè)，汪志軍，劉盛東，等. 基于煙圈效應(yīng)的11點(diǎn)超前探觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2011，39(3)：67–70. WANG Dashe，WANG Zhijun，LIU Shengdong，et al. Eleven point observing system in advanced detecting based on smoking ring effect[J]. Coal Geology & Exploration，2011，39(3)：67–70.

[2] 梁爽. 瞬變電磁法在煤礦水害防治中的應(yīng)用[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2012，40(3)：70–73 LIANG Shuang. The application of TEM in detecting water hazards in coal mines[J]. Coal Geology & Exploration，2012，40(3)：70–73.

[3] 李洋，王金平，魏?jiǎn)⒚? 瞬變電磁法在井下工作面頂板導(dǎo)水裂縫探測(cè)中的應(yīng)用[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2018，46(增刊1)：66–71. LI Yang，WANG Jinping，WEI Qiming. Application of transient electromagnetic method for detecting water-conducting crack in the roof of underground working face[J]. Coal Geology& Exploration，2018，46(S1)：66–71.

[4] YANG Haiyan，CHEN Shen’en，YUE Jianhua，et al. Transient electromagnetic response with a ramp current excitation using conical source[J]. IEEE Access，2019，7：63829–63836.

[5] YUE Jianhua，ZHANG Herui，YANG Haiyan，et al. Electrical prospecting methods for advance detection：progress，problems，and prospects in Chinese coal mines[J]. IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazine，2019，7(3)：94–106.

[6] 牛之璉. 時(shí)間域電磁法原理[M]. 長沙：中南大學(xué)出版社，2007. NIU Zhilian. Principle of time domain electromagnetic method[M]. Changsha：Central-south University Press，2007.

[7] 蔣邦遠(yuǎn). 實(shí)用近區(qū)磁源瞬變電磁法勘探[M]. 北京：地質(zhì)出版社，1998. JIANG Bangyuan. Applied near-zone magnetic source transient electromagnetic exploration[M]. Beijing：Geology Press，1998.

[8] 牛之璉. 近區(qū)瞬變電磁測(cè)深曲線畸變段的消除方法[J].煤田地質(zhì)與勘探，1992，30(1)：60–63. NIU Zhilian. Eliminate method for distorted stage of transient electromagnetic sounding curve in near-zone[J]. Coal Geology & Exploration，1992，30(1)：60–63.

[9] 楊海燕，岳建華. 礦井瞬變電磁法理論與技術(shù)研究[M]. 北京：科學(xué)出版社，2015. YANG Haiyan，YUE Jianhua. Study on the theory and technology of mine transient electromagnetic methods[M]. Beijing：Science Press，2015.

[10] TANG Hongzhi，YANG Haiyan，LU Guangyin，et al. Small multi-turn coils based on transient electromagnetic method for coal mine detection[J]. Journal of Applied Geophysics，2019，169：165–173.

[11] 楊海燕，岳建華，王夢(mèng)倩，等. 礦井瞬變電磁法中多匝回線電感對(duì)目標(biāo)體探測(cè)的影響[J]. 物探與化探，2007，31(1)：34–37. YANG Haiyan，YUE Jianhua，WANG Mengqian，et al. Effect of multi-turn-coil inductance on object detection in mine transient electromagnetic method[J]. Geophysical and Geochemical Exploration，2007，31(1)：34–37.

[12] 楊海燕，岳建華，胡文武，等. 多匝回線的自感對(duì)瞬變電磁早期信號(hào)的影響特征[J]. 物探化探計(jì)算技術(shù)，2007，29(2)：96–98. YANGHaiyan，YUE Jianhua，HU Wenwu，et al. The characteristics of the early signal in tem affected by self-induction of multi-turn coil[J]. Computing Techniques for Geophysical and Geochemical Exploration，2007，29(2)：96–98.

[13] 于景邨. 礦井瞬變電磁法勘探[M]. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007. YU Jingcun. Mine transient electromagnetic exploration[M]. Xuzhou：China University of Mining and Technology Press，2007.

[14] 嵇艷鞠. 淺層高分辨率全程瞬變電磁系統(tǒng)中全程二次場(chǎng)提取技術(shù)研究[D]. 長春：吉林大學(xué)，2004. JI Yanju. All-time secondary electromagnetic field extraction inhigh resolution transient electromagnetic system for subsurface imaging[D]. Changchun：Jilin University，2004.

[15] 嵇艷鞠，林君，王忠. 瞬變電磁接收裝置對(duì)淺層探測(cè)的畸變分析與數(shù)值剔除[J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展，2007，22(1)：262–267. JI Yanju，LIN Jun，WANG Zhong. Analysis and numerical removing of distortion intransient electromagnetic receiverdevice for shallow sounding[J]. Progress in Geophysics，2007，22(1)：262–267.

[16] 付志紅，周雒維. 瞬變電磁法高動(dòng)態(tài)電流陡脈沖發(fā)射電路研究[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008，28(33)：44–48. FU Zhihong，ZHOU Luowei. Research on high dynamic current steep impulsetransmitting circuitsfor transient electromagnetic methodapplication[J]. Proceedings of the CSEE，2008，28(33)：44–48.

[17] 馬江峰. 瞬變電磁法小回線裝置淺層探測(cè)技術(shù)研究[D]. 重慶：重慶大學(xué)，2012. MA Jiangfeng.Transient electromagneticmethodshallow prospecting technology with small loop device[D]. Chongqing：Chongqing University，2012.

[18] KLEE H，ALLEN R. Simulation of dynamic systems with MATLAB andSimulink(Third Edition)[M]. London：CRC Press，2017.

[19] EVERETT M E. Near-surface applied geophysics[M]. UK：Cambridge University Press，2013.

[20] 張瑩. 多匝小回線瞬變電磁場(chǎng)衰減規(guī)律及其影響因素研究[D]. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2019. ZHANG Ying. Study on attenuation law and influencing factors of transient electromagnetic field in multi-turn small circuit[D]. Xuzhou：China University of Mining and Technology，2019.

Application of Simulink in transient process analysis of transient electromagnetic field

LIU Shilei1, ZHANG Ying2, YUE Jianhua2

(1. School of Computer Science and Technology, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China;2. School of Resource and Geoscience, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China)

In order to analyze the distribution and variation law of transient electromagnetic field intuitively, the response equations of transient electromagnetic field under different damping states are theoretically derived, including a modeled transient process of transient electromagnetic field via Simulink. The equivalent circuit modules of excitation current, transmitting loop, geological anomaly body, receiving coil and their mutual inductance modules are developed. The influence of inductance, distributed capacitance and resistance on the equivalent circuit of transmitting and receiving loops are systematically studied. The results indicate a direct determination of the excitation waveform characteristics of the transient electromagnetic field based on the damping state of the transmitting loop, while the damping state of the receiving loop directly affects the attenuation characteristics and the observation quality of the transient electromagnetic field. The circuit simulation results are hugely significant in terms of restraining the non-geological influential factors and guide the design of transient electromagnetic observation system.

transient electromagnetic methods; transient process; Simulink; analog simulation

P318

A

10.3969/j.issn.1001-1986.2020.02.031

2019-11-15；

2020-02-26

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41674133)

National Natural Science Foundation of China(41674133)

劉世蕾，1966年生，女，河南商丘人，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，從事計(jì)算機(jī)教學(xué)科研工作. E-mail：shileiliu@cumt.edu.cn

岳建華，1964年生，男，山東濟(jì)寧人，教授，博士生導(dǎo)師，從事電法勘探工作. E-mail：yuejh@cumt.edu.cn

劉世蕾，張瑩，岳建華. Simulink在瞬變電磁場(chǎng)暫態(tài)過程分析中的應(yīng)用[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2020，48(2)：209–215.

LIU Shilei，ZHANG Ying，YUE Jianhua. Application of Simulink in transient process analysis of transient electromagnetic field[J]. Coal Geology & Exploratin，2020，48(2)：209–215.

(責(zé)任編輯 聶愛蘭)