地震波法隧道地质超前预报用GMA可控震源研究
发布时间：2025-07-02 04:07
隧道地质超前预报对于减少隧道施工过程中因为对前方不良地质体情况不明而造成的巨大人员伤亡和经济损失具有重要意义,地震波法是众多隧道地质超前预报方法中最常用的方法。超磁致伸缩换能器(GMA)作为地震波激振震源已经较广泛地应用于岩土和水声工程,但是现有应用均是利用GMM在脉冲电压作用下产生瞬时机械冲击脉冲从而向外发射地震波的,这种方法被证明余震大、功率低。为了克服以上弊端,本文将GMA作为能够输出频率和相位均可控制的扫描地震波信号的可控震源,用于地震波法隧道地质超前预报。地震波信号无余震,分辨率高,且输出能量大,从而增大了探测距离。 本文根据地震波法隧道地质超前预报对可控震源输出地震波信号能量、频率以及相位的要求,对GMA可控震源的换能器部分和控制驱动系统部分进行了研究,主要工作包括以下几点： (1)根据可控震源输出高能量地震波信号的要求设计了GMM棒的尺寸,提出使用多根GMM棒并联的形式；利用有限元分析软件ANSYS对GMA多根棒组成的磁回路进行了设计、仿真和优化,提高了GMA磁回路的电磁转化率、GMM棒磁场能以及GMM棒磁场强度分布的均匀性。 (2)建立了多根棒并联GMA磁机转...
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 隧道地质超前预报
1.1.1 地震波法隧道地质超前预报
1.2 超磁致伸缩换能器震源
1.3 可控震源
1.3.1 可控震源的工作原理
1.3.2 可控震源的研究与应用现状
1.4 课题来源、意义及研究内容
1.4.1 项目背景及研究意义
1.4.2 本文主要研究内容
第2章 超磁致伸缩换能器可控震源组成及建模
2.1 超磁致伸缩材料特性
2.2 超磁致伸缩换能器可控震源的组成与工作原理
2.3 超磁致伸缩换能器电-磁-机转化模型
2.3.1 磁滞模型
2.3.2 磁机转化模型
2.4 本章小结
第3章 GMA可控震源磁路优化设计
3.1 GMM棒尺寸以及线圈尺寸的设计
3.1.1 GMM棒尺寸的确定
3.1.2 GMA预紧力和磁场强度大小的确定以及偏置磁场的设计
3.1.3 驱动线圈尺寸的设计方法
3.1.4 驱动线圈排布方式的选择
3.2 GMA磁回路优化
3.2.1 GMA磁回路优化的原理及方法
3.2.2 驱动线圈内径的优化
3.2.3 驱动线圈长度的优化
3.2.4 GMM棒偏移线圈中心距离的优化
3.3 本章小结
第4章 GMA可控震源机械驱动部分设计
4.1 多根棒并联GMA的磁机转化模型
4.2 GMA机械驱动部分参数的确定
4.2.1 GMA机械滞后与机械驱动部分参数的关系
4.2.2 GMA机械驱动部分的多目标优化
4.3 板簧结构尺寸设计
4.4 本章小结
第5章 隧道地质超前预报用GMA可控震源驱动控制系统
5.1 隧道地质超前预报用GMA可控震源驱动控制系统概述
5.1.1 GMA可控震源驱动控制系统硬件组成及工作原理
5.1.2 GMA可控震源驱动控制系统软件介绍
5.2 GMA可控震源功率驱动系统
5.2.1 逆变主电路
5.2.2 基于控制器UC3846的PWM控制电路
5.2.3 IGBT驱动电路
5.2.4 滤波器单元
5.2.5 GMA驱动线圈单元
5.2.6 GMA功率驱动系统传递函数模型
5.3 GMA可控震源控制系统
5.4 GMA可控震源驱动控制实验平台的搭建
5.5 本章小结
第6章 变频率输入GMA可控震源控制系统控制策略
6.1 超磁致伸缩换能器控制系统控制策略概述
6.2 变频率输入GMA可控震源前馈补偿控制
6.2.1 GMA电-磁-机转化模型的变形
6.2.2 变频率输入GMA前馈补偿控制原理
6.2.3 变频率输入GMA相角滞后模型的确定
6.2.4 变频率输入GMA线性化传递函数逆模型的确定
6.3 变频率输入GMA前馈补偿控制方法的验证
6.4 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 研究工作总结
7.2 研究工作展望
附录一 ANSYS三维电磁场瞬态分析命令流
附录二 隧道地震波探测自持力智能可控激震装置发明专利证书
参考文献
致谢
攻读学位期间取得的科研成果和参加科研情况
学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：4055210
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 隧道地质超前预报
1.1.1 地震波法隧道地质超前预报
1.2 超磁致伸缩换能器震源
1.3 可控震源
1.3.1 可控震源的工作原理
1.3.2 可控震源的研究与应用现状
1.4 课题来源、意义及研究内容
1.4.1 项目背景及研究意义
1.4.2 本文主要研究内容
第2章 超磁致伸缩换能器可控震源组成及建模
2.1 超磁致伸缩材料特性
2.2 超磁致伸缩换能器可控震源的组成与工作原理
2.3 超磁致伸缩换能器电-磁-机转化模型
2.3.1 磁滞模型
2.3.2 磁机转化模型
2.4 本章小结
第3章 GMA可控震源磁路优化设计
3.1 GMM棒尺寸以及线圈尺寸的设计
3.1.1 GMM棒尺寸的确定
3.1.2 GMA预紧力和磁场强度大小的确定以及偏置磁场的设计
3.1.3 驱动线圈尺寸的设计方法
3.1.4 驱动线圈排布方式的选择
3.2 GMA磁回路优化
3.2.1 GMA磁回路优化的原理及方法
3.2.2 驱动线圈内径的优化
3.2.3 驱动线圈长度的优化
3.2.4 GMM棒偏移线圈中心距离的优化
3.3 本章小结
第4章 GMA可控震源机械驱动部分设计
4.1 多根棒并联GMA的磁机转化模型
4.2 GMA机械驱动部分参数的确定
4.2.1 GMA机械滞后与机械驱动部分参数的关系
4.2.2 GMA机械驱动部分的多目标优化
4.3 板簧结构尺寸设计
4.4 本章小结
第5章 隧道地质超前预报用GMA可控震源驱动控制系统
5.1 隧道地质超前预报用GMA可控震源驱动控制系统概述
5.1.1 GMA可控震源驱动控制系统硬件组成及工作原理
5.1.2 GMA可控震源驱动控制系统软件介绍
5.2 GMA可控震源功率驱动系统
5.2.1 逆变主电路
5.2.2 基于控制器UC3846的PWM控制电路
5.2.3 IGBT驱动电路
5.2.4 滤波器单元
5.2.5 GMA驱动线圈单元
5.2.6 GMA功率驱动系统传递函数模型
5.3 GMA可控震源控制系统
5.4 GMA可控震源驱动控制实验平台的搭建
5.5 本章小结
第6章 变频率输入GMA可控震源控制系统控制策略
6.1 超磁致伸缩换能器控制系统控制策略概述
6.2 变频率输入GMA可控震源前馈补偿控制
6.2.1 GMA电-磁-机转化模型的变形
6.2.2 变频率输入GMA前馈补偿控制原理
6.2.3 变频率输入GMA相角滞后模型的确定
6.2.4 变频率输入GMA线性化传递函数逆模型的确定
6.3 变频率输入GMA前馈补偿控制方法的验证
6.4 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 研究工作总结
7.2 研究工作展望
附录一 ANSYS三维电磁场瞬态分析命令流
附录二 隧道地震波探测自持力智能可控激震装置发明专利证书
参考文献
致谢
攻读学位期间取得的科研成果和参加科研情况
学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：4055210
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/dqwllw/4055210.html
