本文關鍵詞：基于多匝小線圈的瞬變電磁發(fā)射系統(tǒng)設計

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【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)災害,而瞬變電磁法(TEM)是隧道和礦井等復雜小空間超前電磁探測中常用的預報方法,具有重要的工程應用價值。針對隧道、礦井等復雜狹小的空間地形中,環(huán)境擁擠,線圈鋪設困難,施工難度大,我們往往采用多匝小線圈天線的技術,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)來達到減少線圈邊長的目的。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)射電流關斷時間較長、關斷沿的線性度較差,且電流尾部常常伴有過沖或震蕩,這些現(xiàn)象導致對淺層的數(shù)據(jù)解釋不準確,因此,如何設計一款基于多匝小線圈的瞬變電磁發(fā)射系統(tǒng)至關重要。在多匝小線圈天線的應用中,現(xiàn)有的瞬變電磁發(fā)射機常存在的問題:發(fā)射電流頻率值單一、關斷時間長、電流尾部有過沖或震蕩;不能很好的兼容不同接收系統(tǒng)對同步信號的要求;對關斷時間的測量不夠精確,不能實時觀測線圈負載中電流波形情況;體積大、設備防護級別低,不能滿足工程要求。本文為解決上述現(xiàn)有技術的不足,提出了一種基于多匝小線圈的瞬變電磁發(fā)射系統(tǒng)設計。分析了恒壓鉗位與阻尼匹配吸收理論,設計了一種在發(fā)射橋路兩端并聯(lián)大功率穩(wěn)壓管,在負載線圈兩端并聯(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載線圈下,調(diào)節(jié)匹配電阻值,可實現(xiàn)發(fā)射電流關斷時間短、線性度好、關斷后無過沖或震蕩的目的;針對MSP430F149單片機控制系統(tǒng)存在的問題,設計了以低功耗嵌入式PC機作為操作控制核心,以Lab VIEW作為控制開發(fā)軟件,可編程邏輯器件CPLD作為時序產(chǎn)生單元,通過USB采集卡對發(fā)射電流進行采集,確保了時序信號的精度,人機界面的友好性,同時滿足對發(fā)射電流波形實時觀測,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;設計了新型的同步電路,滿足可以兼容內(nèi)外部同步信號觸發(fā)的要求;同時針對儀器系統(tǒng)的結構部分進行了相關改進,使其滿足體積輕便防護等級高的特點。在設計了基于多匝小線圈的瞬變電磁發(fā)射系統(tǒng)后,對儀器系統(tǒng)進行了對比測試和室內(nèi)及野外實驗驗證,測試結果表明,本文中設計的瞬變電磁發(fā)射系統(tǒng)設計合理,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用要求。
【關鍵詞】：瞬變電磁法 多匝小線圈 電磁探測 發(fā)射電流
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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 國內(nèi)外研究概況13-15
• 1.3 本文主要研究內(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)的響應情況分析18-19
• 2.2 瞬變電磁法的多匝小線圈應用19-20
• 2.3 發(fā)射系統(tǒng)的總體方案設計20-23
• 2.3.1 基于單片機架構的瞬變電磁發(fā)射系統(tǒng)20-22
• 2.3.2 基于X86架構的瞬變電磁發(fā)射系統(tǒng)22-23
• 2.4 本章小結23-24
• 第3章 發(fā)射電流波形整形技術研究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)射橋路設計28-31
• 3.2.1 匹配電阻介入時間可控的電路結構29-31
• 3.2.2 匹配電阻阻值可調(diào)的電路結構31
• 3.3 驅(qū)動電路及開關管的選擇31-34
• 3.3.1 發(fā)射橋路的構成形式31-32
• 3.3.2 驅(qū)動電路的選擇32-33
• 3.3.3 開關管的選擇33-34
• 3.4 兩種發(fā)射橋路的對比34-39
• 3.4.1 電路理論分析34-36
• 3.4.2 仿真結果分析36-38
• 3.4.3 實驗結果分析38-39
• 3.5 本章小結39-40
• 第4章 控制與采集系統(tǒng)設計40-49
• 4.1 整體架構40-41
• 4.2 主控程序設計41-42
• 4.3 人機界面的設計42-45
• 4.4 時序信號仿真與測試45-46
• 4.5 同步電路設計46-47
• 4.6 采集電路設計47-48
• 4.7 本章小結48-49
• 第5章 儀器系統(tǒng)的室內(nèi)及野外測試49-60
• 5.1 發(fā)射系統(tǒng)實物圖49-50
• 5.2 對鉗位電壓與匹配電阻的實驗測試50-53
• 5.3 系統(tǒng)優(yōu)越性測試53-55
• 5.4 野外測試及結果分析55-59
• 5.4.1 吉林大學巖體實驗基地野外實驗56-58
• 5.4.2 江西禾豐隧道野外實驗58-59
• 5.5 本章小結59-60
• 第6章 全文總結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62-66
• 作者簡介及科研成果66-67
• 致謝67

【參考文獻】

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本文編號：801092