169909字博士毕业论文某地下工程水害天线磁共振检测方法探讨
论文类型：博士毕业论文
论文字数：169909字
论点：探测,天线,磁共振
论文概述：
本文是工程博士论文，针对磁共振技术应用于地下空间所面临的技术瓶颈，本文从全空间磁共振响应计算、分离式天线设计、仪器系统关键结构研制、模拟实验研究以及在实际工程现场中的应用
论文正文：
第一章导言
中国是一个多山、地质条件极其复杂的国家第七章全文总结与展望
针对磁共振技术在井下空应用面临的技术瓶颈，本文从全空磁共振响应计算、分体天线设计、仪器系统关键结构开发、仿真实验研究及在实际工程领域的应用等方面进行了工作。主要研究成果如下:
1。首先，建立了井下全空之间的磁共振磁场计算模型，推导了米级分离多匝环形天线的信号响应计算公式。根据目标水体模型的属性，分别计算和模拟了空中不同距离、不同赋存状态、不同围岩电性质和不同位置水体产生的磁共振信号响应，为地下工程磁共振检测奠定了理论基础。
2。在接收天线的研制过程中，提出了一种利用发射系数评估天线性能的方法。通过对接收天线发射系统的建模，详细分析了天线特性参数与发射系数之间的约束关系，给出了接收天线优化的设计方法和流程图。确定了适用于隧道、矿山等地下工程的米级接收天线的最佳参数。优化设计后的2m级、4m级和6m级接收天线的传输系数分别达到14.9、18.7和22.1，使接收天线对微弱信号的检测能力提高到纳伏级。
3。在发射天线的研制过程中，提出了一种利用电流弛豫时间、关断时间和能量效率等参数来评估发射波形的方法。确定了不同材料、线径和匝数的发射天线的激励效果，确定了米级发射天线的最佳参数。优化后的检测天线可以利用1.57毫秒的松弛时间将激励能量提高65%。同时，结合实际情况，分析了地下工程中金属支撑结构对发射电流的影响，提出了基于反应阻抗的发射电流控制方法，保证了地下工程米级发射天线的能量输出效果。，山区和高原约占总面积的60%，公路和铁路经常在高山上运营，隧道在交通道路工程中占相当大的比例……。例如，在湖南、贵州、北京和重庆的铁路中，隧道总长度占公共汽车长度的近20%。成昆铁路大渡河一段全长26公里，隧道长度达21公里，占[全长的80%以上。随着国民经济的发展，山区和丘陵地区高速高等级公路和铁路的建设不仅缩短了行程，而且提高了行车安全性。根据中国交通部和国家统计局发布的第二次交通道路调查，2000年底，[有1684条62.8万延米的交通隧道，其中包括15条3000米以上的特长隧道和134条1000米至3000米之间的中长隧道。王舒梦院士曾提到“21世纪是隧道与地下大发展的时代空，交通隧道总里程将大幅增加，单隧道将逐步向长里程、大深度方向发展[10]。在隧道施工过程中，初步地质调查只能在埋深有限的地质条件下发现水害隐患。然而，隧道施工沿线岩溶发育，断层破碎带和地下河条件在前期勘探中往往难以查明。因此，隧道在施工过程中面临着突水突泥等各种地质灾害的威胁。表1显示了近年来我国隧道施工中发生的重大突发性涌浪事故。
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第二章[地下工程隐患磁共振探测原理/br/]
2.1地下水磁共振检测原理
磁共振信号采集。地下水激发完成后，使用接收天线采集磁共振信号。地面应用的仪器接收天线和发射天线通常是分时复用的，即铺设探测天线不仅可以完成发射场的生成，还可以通过开关装置对探测天线进行功能转换，感应接收地下水产生的核磁共振信号。然而，在地下工程中探测时，发射和接收天线将不再采用时分复用的形式，使用这种形式的天线的优点将在下面的章节中详细讨论。磁共振信号在环形接收天线两端产生感应电动势后，由系统采集单元进行检测、调理、模数替换，最后由计算机记录。由于磁共振信号非常微弱，一般在2NV±2NV-20nV之间，并且不能保证测量工作区域附近没有电磁噪声干扰，因此有必要在系统的采集单元中增加一系列模拟电路，如模拟滤波器、调理电路和高性能仪表放大器，对混入噪声中的信号进行调制，以获得有效可靠的测量数据。
2.2地下工程磁共振信号的数值计算
地下水测量采用核磁共振法在地面进行。天线通常水平放置。即使受到地面起伏等角度因素的影响，与大尺寸检测天线相比，起伏角度也可以忽略不计，检测信号基本来自检测方向，属于半空检测[76]。然而，地下工程突涌水的核磁共振测量与地面工作有许多不同的测量模式。一般来说，可以分为:准全空垂直超前探测、全空垂直超前探测和全空水平向下/向上探测。本文以地下工程中最常见的隧道模型为例，介绍了天线的铺设方法。矿井和市政工程中的地下空形状略有不同，但天线铺设方式基本相同，因此这里不再重复。
第三章米级磁共振检测天线的性能评估技术和设计方法；……47
3.1独立天线和相同天线的结构性能比较................................47
3.2m独立天线结构概述................................49
第四章地下工程磁共振检测系统关键技术研究..............................89
4.1检测系统的总体结构..............................89 [/BR/] 4.2传输系统关键技术研究..............................91 [/BR/] 4.3接收系统关键技术研究............................101[/br/[第五章米天线磁共振检测系统的现场测试与研究................................129
5.1试验区水文地质条件.............................129
5.2试验区噪声变化的观测..............................130
5.3天线特性参数和关键仪器参数的测量................133
第六章米天线磁共振检测系统在隧道工程中的应用
6.1
自米级磁共振探测天线和JLMRS-ⅲ探测系统成功开发应用于地下工程以来，已在沪昆高速铁路、晋温高速铁路扩能改造工程、沈海口高速公路莆田段/仙游段、长春地铁1号线、锦屏水电站导流洞等大型交通工程和水电工程中得到应用，并取得了良好的工程应用效果。本章将给出五个有代表性的应用检测实例，分别对应于交通工程、水电引水工程、人脸检测和侧壁检测、理想电磁噪声工程环境和高噪声工程环境等各种不同情况下的磁流变检测方法和检测结果。为了验证检测的有效性，除了受金属支架严重影响的锦屏水电站侧壁检测外，主要采用透射电镜方法对含水层检测位置进行对比验证。同时，将含水层正演模拟计算的E0-q曲线与实测信号的E0-q曲线进行比较，分析检测信号的误差，给出不同条件下检测的综合信噪比。实测数据证明了米级天线磁共振探测技术在地下工程中应用的有效性。
6.2晋文高速铁路泽雅隧道灾害水体超前探测
晋文铁路是沪昆铁路与浙江省东海岸铁路的重要连接。目前，金文铁路速度慢，运力饱和，远远不能满足需求。京温铁路的扩建和改建将遵循一条全新的路线。铁路干线长188.3公里，建设期4年。泽雅隧道入口位于青田县游助新区大坦岩村，出口位于温州市瓯海区泽雅镇。2013年3月，作者和项目组成员对林奥斜井工作面进行了磁共振检测。检测位置如图6.3所示。测量期间，工作面发生涌水，平均涌水量为每小时80m3。磁共振成像检测中使用的天线尺寸为6m级天线。探测天线由隧道表面的锚杆悬挂。测量仪器安装在相对干燥的空位置。仪器在检测过程中的参数信息见表6.1。为了防止大型机械设备和电气设备影响检测结果，在检测过程中关闭隧道内包括照明在内的电气设备，只保留通风设备，从而将电磁噪声干扰对检测结果的影响降至最低。
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参考文献(省略)