有源恒压钳位瞬变电磁发射机技术

针对瞬变电磁系统发射机对大电流、短关断延时、高线性度的技术要求,论文提出一种新颖的基于BOOST升压原理的有源恒压钳位瞬变电磁发射机电路,详细论述了恒压钳位原理和电路设计方法,重点分析了发射电流下降沿及上升沿恒压钳位动态过程、电路参数计算以及钳位电压恒定原理.研制完成钳位电压500 V,发射电流峰值50 A,发射波形为双极性方波的瞬变电磁发射机,并通过一系列测试实验进行验证.测试结果表明,在大电流发射及感性负载条件下,论文提出的有源恒压钳位方法成功实现了电流下降沿快速、线性关断,从而有效提高了发射电流波形质量及瞬变电磁系统对地下目标的探测能力.     

瞬变电磁法多匝重叠小回线装置实验研究

文中采用实验方法对瞬变电磁法多匝重叠小回线装置发射磁矩、关断时间、感应信号强度随发射线圈匝数及接收线圈匝数的变化分别进行了研究。对固定发射线圈匝数改变接收线圈匝数与固定接收线圈匝数改变发射线圈匝数这2种实验方式进行了对比,从而找出了更适合地质响应的发射与接收线圈的匝数。同时还分别采用线圈边长为0.5m×0.5m与1m×1m的线框进行了对比实验,通过分析发射磁矩、关断时间、感应信号强度随线圈边长、线圈匝数的变化,找到合理的重叠小回线装置。实验结果表明发射磁矩随线圈的边长与发射线圈匝数的增加而增加;关断时间随发射线圈匝数近乎呈正比增加,与接收线圈无关;感应信号强度与线圈匝数呈正比关系,但是相比之下,接收线圈匝数更占主导地位。     

强场源TEM测量仪器和在大型矿山接替资源勘探中的应用研究

针对矿山噪声强、要求勘探深度大的特点,应用强场源TEM测量仪器,采用双发射信号同步叠加增大发射磁矩,即通过增大发射电流和合理选择发射回线边长,提高瞬变信号晚延时的信噪比的方式提高有效勘探深度。在安徽铜陵凤凰山铜矿的实际勘探中,采用吉林大学研制的 2个ATEM-Ⅱ型发射机同时工作,将发射电流由 2. 4A增大到 38 .5A,晚延时瞬变信号的信噪比由 0 .275提高到2. 93,有效探测深度达到 650m以上,表明强场源TEM测量仪器在寻找大型矿山接替资源勘探方面具有较好的发展前景     

全波形时间域航空电磁响应三维有限差分数值计算

全波形时域航空电磁测量具有解释精度高、分辨率高等优点,已成为新一代时域航空电磁探测发展的趋势.为此,本文基于无源有限差分法,将发射电流离散为若干梯形脉冲元,将脉冲元在时间上产生的电磁场转换为空间初始场,在差分迭代过程中分时引入差分方程,逐步将有源有限差分方程转换为无源有限差分方程,最终实现了发射电流为任意波形时,全波形时间域航空电磁响应的三维数值计算.计算结果表明:在梯形波发射时,对于典型地电模型的航空时间域电磁响应,计算稳定时间大于10 ms;与积分方程法相比,发射线圈中心点二次场响应平均误差小于1%.任意源三维全波形数值计算的实现为全波形三维反演和仪器设计奠定了基础.     

斜阶跃电流激励下多匝小回线瞬变电磁场延时特征

采用Duhamel积分对斜阶跃电流激励的瞬变电磁场进行直接计算,应用叠加原理得到了多匝小回线全域瞬变电磁响应.研究了多匝小回线的早、晚延时临界条件以及等磁矩单匝大回线与多匝小回线的延时和关断时间特征,分析了电阻率、厚度等参数变化时斜阶跃电流对层状模型瞬变响应的影响特征,最后采用实测数据验证了关断效应的校正效果.结果显示,回线边长越小或表层电阻率越大,瞬变响应越早离开早期并进入晚期.多匝小回线的关断时间远大于等磁矩的单匝大回线,但由前者激发的瞬变响应进入晚期的时间却大幅提前,更有利于晚期条件下各种理论公式的使用.斜阶跃影响校正结果显示,增加多匝小回线的匝数可以扩展反演深度的范围,减少匝数则可以提高反演电阻率的精确性;实测数据处理结果显示校正方法产生了一定的效果.本研究补充了多匝小回线瞬变电磁理论内容,研究结果可以为复杂环境中小尺寸多匝线圈的工作参数选择提供参考.     

控制海底电磁激发脉冲发射的时间同步技术

为达到海洋可控源电磁探测和远参考测量的目的,研究控制海底电磁激发脉冲发射的时间同步技术,包括发射前与GPS的对钟技术和发射中的同步技术,保证仪器工作的时间和公共的时间基准GPS信号保持精确一致,为后期的数据处理解释提供统一的时间坐标.对钟技术是指,在海洋调查船上完成仪器内部RTC芯片分频所得的秒脉冲信号RTC_PPS与GPS秒脉冲信号PPS时钟沿的同步;同步技术是指,海底工作过程中,仪器在预定的时钟沿将可控源信号精确发射出去.本论文采用CPLD芯片、RTC芯片、GPS模块和AVR单片机来完成对钟和同步模块的设计.     

基于时频分析的中子非弹性散射伽马能谱反演方法

本文针对脉冲中子多循环发射过程中测量的非弹伽马能谱受俘获能谱干扰,引起的油水区分度小的问题,提出了利用时间谱和能谱结合获取纯净非弹伽马能谱的方法.通过蒙特卡罗方法建立C/O仪器数值计算模型,模拟不同井眼和地层条件下的伽马时间谱,分析了井眼和地层对伽马能谱的贡献,对比了俘获伽马时间谱理论计算结果和模拟结果,同时利用某油田刻度井实测数据,验证该方法在评价含油饱和度的可靠性.结果 表明:井眼条件是影响伽马能谱的主控因素;利用理论计算的脉冲区内俘获密度和数值模拟结果一致;采用该方法处理某油田刻度井实测数据,C/O对油、水差异反应更加灵敏度,油水动态范围提高;最终实测井数据也验证了该方法的准确性.     

卫星磁洁净的控制和测量

本文叙述卫星磁洁净的重要性、空间磁场的分布、卫星磁性的要求、卫星磁矩的来源、卫星的磁设计和控制、卫星和它的部件的磁矩的测量方法、内容、过程、装置和一些部件的测量结果.卫星磁矩来自三个方面,它们是永磁铁,软磁材料和杂散磁场(电流产生的磁场).磁性设计包括材料选择、器件的测试、电子线路的布置和元件的安排等.     

井间电磁成像系统发射和接收同步测量应用研究

井间电磁成像利用低频电磁波对两井或多井之间进行多点扫描,测量出电磁信号经过地层产生的相位变化和幅度衰减情况,反演得到地层电阻率信息.相位反映地层电参数以及位置的敏感性要优于幅度信息.在进行相位测量时,必须保证在同一时刻对发射监测信号和接收信号进行采集.针对发射和接收系统精确同步测量方法展开研究,提出使用GPS时钟接收机在两口井各自地面系统产生同步时钟信号,把同步时钟信号通过电缆传送到井下,井下通过PLL锁相同步电路和频率补偿电路,完成井下工作主频时钟源的建立,达到地面和井下同步目的.在发射地面和接收地面设置有数传电台,相互之间可传送指令,与同步时钟结合起来,实现井下发射监测信号和接收信号的同步采集.经过测试井间电磁成像发射和接收系统同步误差≤±100 ns.     

单轴加载过程中煤样破裂声波特征实验研究

为了研究单轴加载过程煤样破裂声波特征.采用实验测试的方法,对研究区煤样进行了单轴加载过程声波特征测试.并采用声发射计数、小波变换、时频分析等分析方法对测试结果进行了分析.分析结果显示:在煤样变形过程中,声发射变化特征与煤样变形特征具有较好的一致性.并且,在煤样发生破坏时,有明显的次声波异常变化.因此,可以采用次声波与声发射相结合的方法,对煤矿煤岩体的破坏进行预测.这对提高煤矿地质灾害预测的准确性具有重要意义.     

非均匀网格剖分的时域有限差分瞬变电磁三维正演

将回线源电流密度加入时域麦克斯韦方程组的安培环路定理方程,可以实现任意发射波形的电磁响应三维正演.因为源电流密度参与迭代计算,所以称此法为有源有限差分法.本文采用非均匀网格的有源有限差分算法,对均匀半空间、K型和H型层状模型、三维低阻模型进行了正演计算,验证了算法的有效性和精度;对三维低阻体和高阻体进行正演,分析它们的响应特征规律;对不同脉宽的梯形波响应规律加以研究,并与阶跃波响应理论值进行对比,结果表明脉宽大小对梯形波响应早期影响不大,对响应晚期影响显著,脉宽越小,梯形波响应幅值衰减越快,结果越早偏离阶跃波响应的理论值.     

近场多脉冲地震动作用下组合隔震结构抗震性能分析

采用速度脉冲分量与宽频分量相结合的方法,拟合了近场多脉冲地震波;构建了组合隔震结构的计算模型和运动方程,对组合隔震结构的动力响应进行仿真分析。结果表明:通过增设黏滞阻尼器可以有效控制结构的地震响应,减小隔震层位移,改善结构的受力。对于提高近场多脉冲地震作用下结构的安全性有显著作用。     

利用Kaiser效应测试地应力的实验研究

介绍了利用岩石声发射Kaiser效应测试地应力的原理、方法以及测试技术,根据弹性力学理论推导出岩体测点处地应力方程.通过对三个不同里程段的岩样进行六个特殊方向的制取,对岩样进行声发射测试,并由此结果计算出单向正应力值和三个主应力的大小及方向,为工程应用中的具体问题处理提供了参考.     

基于脉冲压缩技术的混凝土缺陷检测方法研究(英文)

利时用合成孔径聚焦技术(SAFT)检测混凝土缺陷,常规的短脉冲检测方法信噪比较低,导致检测距离较浅,使应用范围受到限制。本文引入雷达探测中使用的脉冲压缩技术,并提出了改进的基于脉冲压缩技术的合成孔径聚焦榆测方法(ISAFT)。该方法通过发射线性调频信号(LFM),将缺陷回波信号经匹配滤波进行脉冲压缩处理,得到的压缩信号具有主瓣宽度较窄、峰值较高的特点。然后利用该压缩信号进行SAFT成像处理,提高了图像对比度。与常规的短脉冲检测方法相比,该方法既提高了信噪比,又保证了缺陷检测的分辨率。理论和实验结果表明,该方法不仅能抑制噪声提高成像对比度,而且还适用于混凝土内部多个缺陷的检测。     

用于电磁法观测系统开机自检的信号发生器实现方法

针对电磁法观测系统在使用过程中的开机自检要求,分析常用测量系统及地球物理仪器的检测信号特征,通过对已有机制进行研究和对比,结合现有信号产生电路的优势,提出一种功耗低、精度高、设计简单的自检信号发生器实现方案.基于该方案设计了一套实现电路,其以CPLD为核心,由精密参考电压源、模拟开关及运算放大器等器件构成,并对该电路进行仿真与测试.通过系统稳定性分析,采用波特图与奈奎斯特图表明信号发生电路的稳定性符合设计要求.经仿真与测试,能够通过换挡开关产生幅值为20μV～2 V、频率范围在1 Hz～100 kHz的自检脉冲信号,频率稳定在1%,重复测试相位稳定度小于1.5%,幅值误差可以优化到1%以内,且能通过其稳定的谐波分量来获取该系统带宽更宽的通道测试响应.测试结果表明,该自检信号发生器电路实际功耗小于0.3 W,20μV～2 V幅值范围和1 Hz～100 kHz频率范围内性能指标的测量结果和仿真结果相符,并成功应用于某监控系统.利用该信号发生器电路实现自检具有操作方便、成本低、易于设计等优点,能够有效的弥补其它自检模式的缺陷.     

精密控制震源发射信号设计方法研究

考虑到精密控制震源特点,研究了多种精密控制震源发射信号的设计方案,并提出离散点拟合精密控制震源信号设计方法.计算表明,按照发射频谱、相关子波形态和发射能量3个方面的评价,离散点拟合精密控制震源信号设计方法可以灵活设计出比较好的精密控制震源发射信号,对提高精密主动地震监测的震相信息分辨率具有实际意义.     

考虑关断时间的瞬变电磁视电阻率计算及不同波形浅层分辨特征分析

发射电流波形与关断时间会影响瞬变电磁早期响应,导致瞬变电磁浅部信息缺失形成探测盲区．为了分析发射波形对瞬变电磁探测盲区的影响,文中实现了考虑发射波形影响的瞬变电磁全域视电阻率定义方法,并基于该算法对常用的发射波形瞬变响应对浅层电性介质的分辨特征进行分析．首先,采用电流波形与阶跃响应的褶积实现了任意发射电流的全波形瞬变电磁响应计算,将地下电阻率作为全波形响应的函数,利用反函数原理实现了全波形响应的视电阻率计算．然后,以航空瞬变电磁装置为例,利用文中视电阻率计算方法分析了层状介质不同发射波形瞬变电磁视电阻率曲线特征．根据不同盖层厚度视电阻率曲线可知,当覆盖层较厚时,不同发射波形的视电阻率成像结果与模型电性特征基本相近;当盖层厚度较小时,半正弦波、三角波和梯形波等off-time较长的发射波形瞬变电磁响应不能反映浅层的电阻率信息,早期道视电阻率受到深部电性影响,形成了一定范围的探测盲区．最后,利用文中视电阻率计算方法对不同发射波形的复杂三维模型正演的数据进行分析,半正弦波、三角波和梯形波的瞬变电磁响应都能反映异常的地表位置,但会丢失浅部地层信息,深部异常出现时间提前且纵向拉伸．这是由于关断时...     

航空瞬变电磁法对地下典型目标体的探测能力研究

航空电磁法的探测能力受飞行高度、发射波形、发射磁矩和发射基频等因素的影响,致使不同分量间的勘探能力存在差异.航空电磁如对所有磁场和磁感应分量、on-和off-time数据进行观测和解释,不仅数据量大、耗时长,而且出现大量冗余数据.目前国内针对此问题尚无系统解决方法.本文针对吊舱式直升机航空电磁系统,采用积分方程法求解频率域响应,经汉克尔变换转换到时间域,计算了地下三维目标体的B和dB/dt时间域响应.利用异常体响应与背景场响应作比值,并通过设定响应阀值定义最大勘探深度,进而分析不同发射波形、不同分量以及on-和off-time期间的航空电磁系统的探测能力.基于本文分析手段,可根据实际勘探目标,确定一套探测能力较强的航空电磁最佳参数组合,为野外测量和数据处理提供技术指导,高效完成勘探任务.     

同心补偿式直升机时间域航空电磁法吊舱校准装置研究

直升机间域航空电磁法(Helicopter-borne time-domain electromagnetic method,HTEM)的多次空中仪器校准可消除飞行过程中仪器系统受外界环境的时变影响.吊舱校准装置可解决地面环线方式无法实现的空中飞行过程中仪器校准问题.本文从研究同心补偿吊舱装置模型出发,提出了吊舱装置空...     

小光斑激光雷达全波形数据递进分解与相对辐射校正

小光斑全波形激光雷达作为新一代对地观测主动光学遥感技术,近年来得到了广泛关注与应用.波形数据分解与辐射校正是波形数据处理的重要环节,它直接影响着信息提取和波形数据进一步应用.本文以高斯混合模型为数学基础,采用逐级递进分解的策略,建立小光斑激光雷达波形数据的高斯分解方法;考虑激光雷达系统获取数据过程中激光初始发射脉冲和不同观测角度大气程辐射的差异,在高斯拟合模型的基础上,建立波形数据的相对辐射校正模型.采用小光斑激光雷达波形数据对提出的递进高斯分解与相对辐射校正方法进行验证,结果表明递进分解能够准确的确定波形数据峰值个数、位置与宽度,在波形分解基础上进行的相对辐射校正能够提高相同地物波形数据的相似性.