本文關(guān)鍵詞：隧道小線圈瞬變電磁儀器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：瞬變電磁法近幾年在地質(zhì)調(diào)查、地下水探測(cè)及災(zāi)害水探測(cè)等領(lǐng)域都發(fā)揮了很大的作用，現(xiàn)已成為探測(cè)地下未知物體的重要方法。與其他國(guó)家相比，雖然我國(guó)對(duì)瞬變電磁法的研究起步較晚，但由吉林大學(xué)研制出的ATEM型瞬變電磁儀器以及重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所研制的WTEM儀器在地面應(yīng)用中都已經(jīng)取得了良好的探測(cè)效果。然而在隧道環(huán)境下，由于線圈參數(shù)限制，導(dǎo)致發(fā)射電流關(guān)斷時(shí)間較長(zhǎng)，一定程度上制約了瞬變電磁儀器在野外的工作范圍。因此，為了滿足探測(cè)需求，本文針對(duì)現(xiàn)有儀器的不足，提出開展適合于隧道應(yīng)用的小線圈瞬變電磁儀器的研制，并給出了儀器各部分的具體設(shè)計(jì)方案和測(cè)試結(jié)果。 通過查閱國(guó)內(nèi)外關(guān)于瞬變電磁發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)方案可知，現(xiàn)有瞬變電磁儀器具有以下特點(diǎn)：（1）發(fā)射機(jī)主控單元主要是基于單片機(jī)或者PC104進(jìn)行設(shè)計(jì)的，但二者存在處理速度緩慢或功耗較大等缺點(diǎn)，，不適合在野外長(zhǎng)時(shí)間工作；（2）發(fā)射電流關(guān)斷時(shí)間是發(fā)射機(jī)的重要指標(biāo)，是影響后續(xù)數(shù)據(jù)解釋結(jié)果可靠性的關(guān)鍵因素；（3）瞬變電磁信號(hào)具有早期信號(hào)幅值相對(duì)較大、中晚期信號(hào)幅值小的特點(diǎn)。針對(duì)這些難題，本文提出以下方案進(jìn)行解決：（1）基于復(fù)雜可編程邏輯器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)開展瞬變電磁發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)，CPLD具有處理速度快、功耗低、外圍電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；（2）采用基于開關(guān)速度快的MOSFET開關(guān)管設(shè)計(jì)功率變換電路，并通過TVS管進(jìn)行能量吸收，可實(shí)現(xiàn)短發(fā)射電流關(guān)斷時(shí)間，同時(shí)，為滿足不同探測(cè)環(huán)境的需要，發(fā)射機(jī)具有多種發(fā)射頻率及占空比；（3）鑒于MPS-140801采集卡具有采樣噪聲低、信噪比高等優(yōu)勢(shì)，本文提出基于該采集卡實(shí)現(xiàn)接收機(jī)的設(shè)計(jì)，采用前端匹配分段放大電路的技術(shù)手段，基于不同放大倍數(shù)的五個(gè)通道進(jìn)行同步采集，分別截取不同時(shí)段的數(shù)據(jù)，經(jīng)歸一化處理后拼接為一組瞬變電磁信號(hào)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)早期信號(hào)低放大倍數(shù)采集，對(duì)中晚期信號(hào)高放大倍數(shù)采集的目的，提高對(duì)中晚期信號(hào)的采集精度。 本文接收機(jī)控制軟件基于LabVIEW編程，用戶可以通過控制軟件對(duì)接收機(jī)進(jìn)行控制。控制軟件主要完成的工作包括：參數(shù)設(shè)置，電流采集和信號(hào)采集。接收機(jī)工作前可以對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置、采樣率、疊加次數(shù)、采樣長(zhǎng)度等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。電流采集部分可以對(duì)發(fā)射電流波形進(jìn)行顯示及存儲(chǔ)，并且可以計(jì)算和存儲(chǔ)發(fā)射電流關(guān)斷時(shí)間。信號(hào)采集部分可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前疊加次數(shù)和采集信號(hào)波形，并且提供線性坐標(biāo)和對(duì)數(shù)坐標(biāo)兩種顯示方式。 為驗(yàn)證儀器設(shè)計(jì)指標(biāo)，對(duì)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別進(jìn)行了室內(nèi)測(cè)試和野外實(shí)驗(yàn)。室內(nèi)測(cè)試包括發(fā)射電流關(guān)斷時(shí)間、發(fā)射頻率及占空比、接收機(jī)本底噪聲、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)采用適用于隧道環(huán)境下的5m×5m、8匝發(fā)射線圈，發(fā)射電流20A時(shí)，發(fā)射電流關(guān)斷時(shí)間為50μs，接收機(jī)本底噪聲為15μV。最后在甘肅麥積山隧道進(jìn)行了野外實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，驗(yàn)證了該瞬變電磁系統(tǒng)的有效性。
【關(guān)鍵詞】：瞬變電磁法 關(guān)斷時(shí)間 CPLD 分段放大 LabVIEW
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH763.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-15
• 1.1 本課題的研究意義與目的11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 本論文研究?jī)?nèi)容14-15
• 第2章 系統(tǒng)工作原理及組成15-21
• 2.1 瞬變電磁探測(cè)系統(tǒng)工作原理15-16
• 2.2 瞬變電磁系統(tǒng)架構(gòu)16-17
• 2.3 發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理17-19
• 2.3.1 發(fā)射系統(tǒng)特點(diǎn)17-18
• 2.3.2 發(fā)射系統(tǒng)組成18-19
• 2.4 接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理19-20
• 2.4.1 瞬變信號(hào)特點(diǎn)19
• 2.4.2 接收系統(tǒng)組成19-20
• 2.5 本章小結(jié)20-21
• 第3章 發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)21-30
• 3.1 發(fā)射時(shí)序信號(hào)的產(chǎn)生22-25
• 3.1.1 控制信號(hào)設(shè)計(jì)22-23
• 3.1.2 同步信號(hào)設(shè)計(jì)23-24
• 3.1.3 時(shí)序信號(hào)仿真24-25
• 3.2 驅(qū)動(dòng)保護(hù)單元設(shè)計(jì)25-26
• 3.2.1 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)25-26
• 3.2.2 光電隔離電路設(shè)計(jì)26
• 3.3 全橋功率變換電路設(shè)計(jì)26-29
• 3.3.1 橋路輸出單元設(shè)計(jì)26-27
• 3.3.2 吸收電路設(shè)計(jì)27-29
• 3.4 發(fā)射電流采集單元設(shè)計(jì)29
• 3.5 本章小結(jié)29-30
• 第4章 接收系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)30-37
• 4.1 基于 MPS 采集卡的接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)30-31
• 4.2 采集卡測(cè)試31-32
• 4.3 分段放大電路設(shè)計(jì)32-34
• 4.4 放大倍數(shù)校正34-36
• 4.5 本章小結(jié)36-37
• 第5章 接收系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)37-46
• 5.1 方案選擇37-39
• 5.2 與接收機(jī)硬件通訊39-40
• 5.3 參數(shù)設(shè)置程序設(shè)計(jì)40-41
• 5.4 電流采集程序設(shè)計(jì)41-43
• 5.5 信號(hào)采集程序設(shè)計(jì)43-45
• 5.6 本章小結(jié)45-46
• 第6章 系統(tǒng)測(cè)試與應(yīng)用46-58
• 6.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)46-47
• 6.2 室內(nèi)測(cè)試47-53
• 6.2.1 發(fā)射系統(tǒng)測(cè)試47-50
• 6.2.2 接收系統(tǒng)測(cè)試50-53
• 6.3 野外測(cè)試53-57
• 6.4 本章小結(jié)57-58
• 第7章 全文總結(jié)58-60
• 7.1 本文成果58-59
• 7.2 改進(jìn)建議59-60
• 參考文獻(xiàn)60-65
• 攻讀碩士學(xué)位期間科研成果65-66
• 致謝66

【參考文獻(xiàn)】

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中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

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  本文關(guān)鍵詞：隧道小線圈瞬變電磁儀器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：433709