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瞬变电磁信号采集技术研究

作　者: 陈文斌
导　师: 付志红
学　校: 重庆大学
专　业: 电气工程
关键词: 瞬变电磁法浅层探测线圈参数高速采样
分类号: TM937
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 258次
引　用: 4次
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内容摘要

瞬变电磁法是一种地球物理探测方法,目前已经在矿藏勘探、钻井、航空和海洋等领域得到了广泛的应用。随着社会经济和城市建设的发展,人们对工程与地质环境等问题的关注逐渐提高,因此需要对近地表进行高分辨率的探测与评价;但是由于瞬变电磁探测系统自身的原因,如接收系统采样率低以及接收线圈的暂态过程等影响,致使瞬变电磁法在浅层地质勘查中存在探测盲区。本文立足于国家自然科学基金项目“瞬变电磁法‘前沿’问题与拖拽式系统关键技术研究”,分析了均匀半空间中瞬变电磁场的传播规律,研究矿体内的感应电流以及相对应的二次磁场的变化规律。在此基础上,本文进行了以下研究:①基于电路理论知识,建立了接收线圈的理论模型以及传递函数,并分析接收线圈暂态过程产生原因,在此基础上,提出“变阻尼接收线圈参数动态测试法”测量线圈参数;根据在激励源相同情况下,改变阻尼电阻将产生不同畸变信号的思想,推导相应的接收线圈参数估计的计算方法,在MATLAB中完成仿真并进行实验测试,分析“变阻尼接收线圈参数动态测试法”存在的问题及解决的办法;②基于VHS-ADC高速数字信号处理平台与WTEM-1D型大功率发射机,构建瞬变电磁接收机原型系统。首先,为适应采集信号高分辨率的要求,提出“双ADC线性拟合的模数转换技术”,提高系统内置ADC的分辨率;其次,研究瞬变电磁信号的特征,提出以“分段分频采样”的方法进行采样,对早期信号进行高速采样,对中、晚期信号进行低速采样,以解决高速数据实时存储的问题;最后,设计瞬变电磁接收机原型系统结构,完成VHS-ADC系统建模、接口设计、仿真以及生成FPGA代码等工作,并开展与发射机的联机调试;③为测试接收机原型系统,对学校某防空洞进行实地探测;为比较接收机原型系统的性能,另采用GDP32多功能接收机进行了相同的探测试验。本文所设计瞬变电磁接收机原型系统工作正常,具备了瞬变电磁探测的基本功能,而对早期信号的高密度采样,为高分辨率的浅层反演提供了基础数据。通过实验结果分析,原型系统能够精确的探测防空洞,达到了浅层探测的目的。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-17
  1.1 瞬变电磁法概述  8-9
    1.1.1 电磁法分类  8
    1.1.2 瞬变电磁法的特点  8-9
  1.2 瞬变电磁法的基本原理  9-13
    1.2.1 瞬变电磁感应的过程分析  9-11
    1.2.2 瞬变电磁等效模型分析  11-13
  1.3 瞬变电磁法及仪器的发展概况  13-15
  1.4 课题研究的目的和意义  15-16
  1.5 课题的研究内容  16-17
2 接收线圈电路分析与参数测量  17-31
  2.1 接收线圈电路分析  17-21
    2.1.1 接收线圈等效电路模型  17-18
    2.1.2 线圈阶跃响应分析  18-20
    2.1.3 线圈正弦稳态响应  20-21
  2.2 变阻尼接收线圈参数动态测试法  21-25
    2.2.1 变阻尼法基本原理  22-24
    2.2.2 变阻尼法近似算法  24-25
  2.3 基于Matlab/Simulink 仿真研究  25-27
    2.3.1 建立模型及仿真  25-26
    2.3.2 计算分析  26-27
  2.4 接收线圈实测分析  27-30
  2.5 本章小结  30-31
3 瞬变电磁接收机原型系统设计分析  31-58
  3.1 VHS-ADC 高速数字信号处理平台  31-32
  3.2 瞬变电磁接收系统设计  32-36
    3.2.1 瞬变电磁信号分析  32-33
    3.2.2 接收机原型系统设计  33-36
  3.3 双ADC 线性拟合模数转换技术  36-40
    3.3.1 基本原理  36-37
    3.3.2 仿真电路设计  37-38
    3.3.3 实验计算  38-40
  3.4 发射机供电信号  40-43
    3.4.1 供电信号生成模型  40-42
    3.4.2 参数设置  42-43
  3.5 程控放大电路  43-47
    3.5.1 前置可设置增益放大电路  43-45
    3.5.2 增益控制信号生成模型  45-47
  3.6 采样电路  47-51
    3.6.1 模数转换电路  47-49
    3.6.2 内部控制信号生成模型  49-51
    3.6.3 采样存储模型  51
  3.7 I/O 接口设置  51-54
    3.7.1 GPIO 接口分析  51-53
    3.7.2 输入输出控制模型  53-54
  3.8 基于VHS-ADC 系统仿真研究  54-56
  3.9 本章小结  56-58
4 防空洞探测实验与分析  58-62
  4.1 防空洞概况  58
  4.2 探测装置  58-59
  4.3 实验分析  59-61
  4.4 本章小结  61-62
5 总结  62-64
  5.1 全文总结  62-63
  5.2 后期工作展望  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
附录作者在攻读硕士学位期间发表的论文及申请的发明专利  68

瞬变电磁信号采集技术研究

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