本文關(guān)鍵詞：基于多匝小線圈的瞬變電磁發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 瞬變電磁法 多匝小線圈 電磁探測(cè) 發(fā)射電流

【摘要】：在高速公路、鐵路等隧道修建過程以及礦產(chǎn)開采中,突水突泥是影響修建速度和威脅工程施工安全最主要的地質(zhì)災(zāi)害,而瞬變電磁法(TEM)是隧道和礦井等復(fù)雜小空間超前電磁探測(cè)中常用的預(yù)報(bào)方法,具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。針對(duì)隧道、礦井等復(fù)雜狹小的空間地形中,環(huán)境擁擠,線圈鋪設(shè)困難,施工難度大,我們往往采用多匝小線圈天線的技術(shù),在保證瞬變電磁發(fā)射磁矩不變的情況下,增加發(fā)射線圈繞制的匝數(shù)來(lái)達(dá)到減少線圈邊長(zhǎng)的目的。但小尺寸多匝數(shù)的線圈常常伴有較大的電感特性,致使線圈中的發(fā)射電流關(guān)斷時(shí)間較長(zhǎng)、關(guān)斷沿的線性度較差,且電流尾部常常伴有過沖或震蕩,這些現(xiàn)象導(dǎo)致對(duì)淺層的數(shù)據(jù)解釋不準(zhǔn)確,因此,如何設(shè)計(jì)一款基于多匝小線圈的瞬變電磁發(fā)射系統(tǒng)至關(guān)重要。在多匝小線圈天線的應(yīng)用中,現(xiàn)有的瞬變電磁發(fā)射機(jī)常存在的問題:發(fā)射電流頻率值單一、關(guān)斷時(shí)間長(zhǎng)、電流尾部有過沖或震蕩;不能很好的兼容不同接收系統(tǒng)對(duì)同步信號(hào)的要求;對(duì)關(guān)斷時(shí)間的測(cè)量不夠精確,不能實(shí)時(shí)觀測(cè)線圈負(fù)載中電流波形情況;體積大、設(shè)備防護(hù)級(jí)別低,不能滿足工程要求。本文為解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足,提出了一種基于多匝小線圈的瞬變電磁發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)。分析了恒壓鉗位與阻尼匹配吸收理論,設(shè)計(jì)了一種在發(fā)射橋路兩端并聯(lián)大功率穩(wěn)壓管,在負(fù)載線圈兩端并聯(lián)可調(diào)匹配電阻的發(fā)射電流波形整形電路,通過在一定的鉗位電壓與負(fù)載線圈下,調(diào)節(jié)匹配電阻值,可實(shí)現(xiàn)發(fā)射電流關(guān)斷時(shí)間短、線性度好、關(guān)斷后無(wú)過沖或震蕩的目的;針對(duì)MSP430F149單片機(jī)控制系統(tǒng)存在的問題,設(shè)計(jì)了以低功耗嵌入式PC機(jī)作為操作控制核心,以Lab VIEW作為控制開發(fā)軟件,可編程邏輯器件CPLD作為時(shí)序產(chǎn)生單元,通過USB采集卡對(duì)發(fā)射電流進(jìn)行采集,確保了時(shí)序信號(hào)的精度,人機(jī)界面的友好性,同時(shí)滿足對(duì)發(fā)射電流波形實(shí)時(shí)觀測(cè),方便在不同環(huán)境下調(diào)節(jié)匹配電阻值,改善發(fā)射電流波形;設(shè)計(jì)了新型的同步電路,滿足可以兼容內(nèi)外部同步信號(hào)觸發(fā)的要求;同時(shí)針對(duì)儀器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行了相關(guān)改進(jìn),使其滿足體積輕便防護(hù)等級(jí)高的特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)了基于多匝小線圈的瞬變電磁發(fā)射系統(tǒng)后,對(duì)儀器系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試和室內(nèi)及野外實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,測(cè)試結(jié)果表明,本文中設(shè)計(jì)的瞬變電磁發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理,在現(xiàn)有的儀器系統(tǒng)上,性能得到提升,滿足多匝小線圈的應(yīng)用要求。
【關(guān)鍵詞】：瞬變電磁法 多匝小線圈 電磁探測(cè) 發(fā)射電流
【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】：2016
【分類號(hào)】：TH763
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 研究背景及意義11-13
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 研究意義12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究概況13-15
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容15-18
• 第2章 TEM的基本原理及系統(tǒng)方案概述18-24
• 2.1 瞬變電磁法探測(cè)的基本理論18-19
• 2.1.1 TEM的工作原理18
• 2.1.2 介質(zhì)的響應(yīng)情況分析18-19
• 2.2 瞬變電磁法的多匝小線圈應(yīng)用19-20
• 2.3 發(fā)射系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)20-23
• 2.3.1 基于單片機(jī)架構(gòu)的瞬變電磁發(fā)射系統(tǒng)20-22
• 2.3.2 基于X86架構(gòu)的瞬變電磁發(fā)射系統(tǒng)22-23
• 2.4 本章小結(jié)23-24
• 第3章 發(fā)射電流波形整形技術(shù)研究24-40
• 3.1 恒壓鉗位與阻尼吸收電路24-28
• 3.1.1 恒壓鉗位的基本原理24-26
• 3.1.2 阻尼吸收的基本原理26-28
• 3.2 發(fā)射橋路設(shè)計(jì)28-31
• 3.2.1 匹配電阻介入時(shí)間可控的電路結(jié)構(gòu)29-31
• 3.2.2 匹配電阻阻值可調(diào)的電路結(jié)構(gòu)31
• 3.3 驅(qū)動(dòng)電路及開關(guān)管的選擇31-34
• 3.3.1 發(fā)射橋路的構(gòu)成形式31-32
• 3.3.2 驅(qū)動(dòng)電路的選擇32-33
• 3.3.3 開關(guān)管的選擇33-34
• 3.4 兩種發(fā)射橋路的對(duì)比34-39
• 3.4.1 電路理論分析34-36
• 3.4.2 仿真結(jié)果分析36-38
• 3.4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析38-39
• 3.5 本章小結(jié)39-40
• 第4章 控制與采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)40-49
• 4.1 整體架構(gòu)40-41
• 4.2 主控程序設(shè)計(jì)41-42
• 4.3 人機(jī)界面的設(shè)計(jì)42-45
• 4.4 時(shí)序信號(hào)仿真與測(cè)試45-46
• 4.5 同步電路設(shè)計(jì)46-47
• 4.6 采集電路設(shè)計(jì)47-48
• 4.7 本章小結(jié)48-49
• 第5章 儀器系統(tǒng)的室內(nèi)及野外測(cè)試49-60
• 5.1 發(fā)射系統(tǒng)實(shí)物圖49-50
• 5.2 對(duì)鉗位電壓與匹配電阻的實(shí)驗(yàn)測(cè)試50-53
• 5.3 系統(tǒng)優(yōu)越性測(cè)試53-55
• 5.4 野外測(cè)試及結(jié)果分析55-59
• 5.4.1 吉林大學(xué)巖體實(shí)驗(yàn)基地野外實(shí)驗(yàn)56-58
• 5.4.2 江西禾豐隧道野外實(shí)驗(yàn)58-59
• 5.5 本章小結(jié)59-60
• 第6章 全文總結(jié)60-62
• 6.1 主要工作成果60
• 6.2 今后工作建議60-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 作者簡(jiǎn)介及科研成果66-67
• 致謝67

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：801092