【摘要】：在經(jīng)濟(jì)社會(huì)高速發(fā)展的今天,對(duì)道路交通設(shè)施的需求日益強(qiáng)烈,隧道是道路交通的重要組成部分,大量的隧道工程正在建設(shè)中,由于地形、地質(zhì)條件復(fù)雜等因素,在隧道的建設(shè)中一旦發(fā)生突水、涌水等災(zāi)害事故,極易造成重大的生命財(cái)產(chǎn)損失。同時(shí)我國(guó)有大量已建成投入使用的隧道工程,也需要定期維護(hù)與隱患排查,亟需一種有效的方式能夠輔助隧道施工,預(yù)防災(zāi)害事故的發(fā)生。瞬變電磁法具有非接觸、使用方便、探測(cè)深度深等優(yōu)勢(shì),已經(jīng)成為物探領(lǐng)域內(nèi)一種重要的電磁物探法,將其應(yīng)用到隧道施工建設(shè)與隧道隱患排查中,探測(cè)是否存在災(zāi)害水源,為隧道施工提供決策輔助,對(duì)于預(yù)防隧道建設(shè)中發(fā)生突水、涌水事故具有重要的實(shí)際意義和價(jià)值。為進(jìn)一步加強(qiáng)瞬變電磁法在隧道施工與隱患排查中發(fā)揮的作用,本文對(duì)隧道瞬變電磁接收系統(tǒng)展開(kāi)研究。首先,本文針對(duì)隧道特殊的空間環(huán)境,通過(guò)對(duì)重疊回線方式、偶極偶極方式和中心回線方式三種線圈形式進(jìn)行對(duì)比分析,選擇具有使用方便靈活,對(duì)異常靈敏,與被測(cè)目標(biāo)體耦合相對(duì)較好,具有較好穿透能力等優(yōu)點(diǎn)的重疊回線方式作為系統(tǒng)的接收線圈形式。其次,針對(duì)重疊回線方式獲取的感應(yīng)信號(hào)幅度高達(dá)上百伏,遠(yuǎn)超出接收系統(tǒng)的量程的問(wèn)題,采用常規(guī)的基于電阻分壓式的匹配電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行衰減會(huì)導(dǎo)致二次場(chǎng)信號(hào)的損失,本文提出設(shè)計(jì)基于鉗位二極管的新型匹配電路,在不衰減二次場(chǎng)信號(hào)的情況下使感應(yīng)信號(hào)滿足接收系統(tǒng)量程要求。再次,為滿足隧道瞬變電磁接收系統(tǒng)的需求,設(shè)計(jì)了基于USB的數(shù)據(jù)采集板卡,采集板卡包括前端保護(hù)電路、程控電路、ADC驅(qū)動(dòng)電路、ADC采集電路、FPGA核心控制電路、USB接口電路等部分,在設(shè)計(jì)板卡的過(guò)程中,研究如何發(fā)揮器件的性能,保證數(shù)據(jù)采集板卡的低噪聲,并提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍。然后,開(kāi)展隧道瞬變電磁接收系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì),主要包括控制器軟件和系統(tǒng)PC軟件�？刂破鬈浖饕譃镕PGA程序設(shè)計(jì)和USB開(kāi)發(fā)程序設(shè)計(jì);系統(tǒng)PC軟件的開(kāi)發(fā)由基于C++的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)與基于Lab VIEW設(shè)計(jì)的操作軟件共同完成,動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)內(nèi)開(kāi)發(fā)完成系統(tǒng)與USB數(shù)據(jù)板卡通信所需的功能函數(shù),系統(tǒng)操作軟件通過(guò)Lab VIEW調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù),實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的讀取、處理、保存和顯示,以及對(duì)數(shù)據(jù)采集板卡的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置等功能。最后,進(jìn)行對(duì)比測(cè)試和野外實(shí)驗(yàn)。自主研制的數(shù)據(jù)采集板卡與NI公司商品化的數(shù)據(jù)板卡進(jìn)行對(duì)比,系統(tǒng)噪聲幅度在100μV附近,動(dòng)態(tài)范圍在130d B,NI公司USB4431采集板卡的噪聲幅度在250μV附近,動(dòng)態(tài)范圍在120d B,自主研制系統(tǒng)的噪聲水平與動(dòng)態(tài)范圍指標(biāo)均優(yōu)于USB4431采集板卡;通過(guò)在標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)地對(duì)儀器系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證性測(cè)試,實(shí)測(cè)結(jié)果與水文地質(zhì)資料一致,確定探測(cè)數(shù)據(jù)的有效性,并通過(guò)與國(guó)外EM67系統(tǒng)的對(duì)比測(cè)試,確定儀器工作的穩(wěn)定性;在江西贛江公路隧道進(jìn)行的掌子面超前探測(cè)實(shí)際應(yīng)用,為隧道施工提供決策輔助,驗(yàn)證了系統(tǒng)實(shí)際工程應(yīng)用效果。
【圖文】：

做了大量的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)最早從 70 研究工作，吉林大學(xué)地學(xué)部（原長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院）、西安等研究機(jī)構(gòu)都開(kāi)始了瞬變電磁系統(tǒng)的研制工作[10]�，F(xiàn)狀澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)工業(yè)研究院推出了首臺(tái)SIROTEM時(shí)間，該系統(tǒng)發(fā)射接收一體化，歷經(jīng)30多年的深入研究與發(fā)司已經(jīng)研發(fā)出了最新款的TerraTEM瞬變電磁儀器系統(tǒng)[機(jī)，TerraTEM具備收發(fā)一體、疊加次數(shù)可選等特點(diǎn)，中A，外置大功率發(fā)射機(jī)發(fā)射電流可高達(dá)50A[13]，輸出激發(fā)[14]，TerraTEM型瞬變電磁的接收機(jī)可選擇為電纜同步和速度，配備了15英寸的觸摸顯示屏，國(guó)內(nèi)已使用Terra河南省地礦局地質(zhì)隊(duì)曾使用TerraTEM在許昌、沁陽(yáng)等礦[14]。

圖 1.2 PROTEM47 瞬變電磁接收系統(tǒng)瞬變電磁系統(tǒng)以 Tsikl-7 系統(tǒng)較為典型，圖 1.3 數(shù)據(jù)采集，記錄和存儲(chǔ)方式有自動(dòng)和手動(dòng)兩與加拿大的 PROTEM47 系統(tǒng)相比較，Tsikl-7 點(diǎn)，Tsikl-7 系統(tǒng)中的 GTE-4M 發(fā)射機(jī)最大激發(fā)極性方波[18]，發(fā)射電壓范圍在 12V~3000V，T式為電纜同步與 GPS 同步二者可選，所測(cè)信
【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】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：U456.3

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本文編號(hào)：2555513