隧道地質(zhì)超前預(yù)報對于減少隧道施工過程中因為對前方不良地質(zhì)體情況不明而造成的巨大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失具有重要意義,地震波法是眾多隧道地質(zhì)超前預(yù)報方法中最常用的方法。超磁致伸縮換能器(GMA)作為地震波激振震源已經(jīng)較廣泛地應(yīng)用于巖土和水聲工程,但是現(xiàn)有應(yīng)用均是利用GMM在脈沖電壓作用下產(chǎn)生瞬時機(jī)械沖擊脈沖從而向外發(fā)射地震波的,這種方法被證明余震大、功率低。為了克服以上弊端,本文將GMA作為能夠輸出頻率和相位均可控制的掃描地震波信號的可控震源,用于地震波法隧道地質(zhì)超前預(yù)報。地震波信號無余震,分辨率高,且輸出能量大,從而增大了探測距離。 本文根據(jù)地震波法隧道地質(zhì)超前預(yù)報對可控震源輸出地震波信號能量、頻率以及相位的要求,對GMA可控震源的換能器部分和控制驅(qū)動系統(tǒng)部分進(jìn)行了研究,主要工作包括以下幾點： (1)根據(jù)可控震源輸出高能量地震波信號的要求設(shè)計了GMM棒的尺寸,提出使用多根GMM棒并聯(lián)的形式；利用有限元分析軟件ANSYS對GMA多根棒組成的磁回路進(jìn)行了設(shè)計、仿真和優(yōu)化,提高了GMA磁回路的電磁轉(zhuǎn)化率、GMM棒磁場能以及GMM棒磁場強(qiáng)度分布的均勻性。 (2)建立了多根棒并聯(lián)GMA磁機(jī)轉(zhuǎn)...

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 隧道地質(zhì)超前預(yù)報
        1.1.1 地震波法隧道地質(zhì)超前預(yù)報
    1.2 超磁致伸縮換能器震源
    1.3 可控震源
        1.3.1 可控震源的工作原理
        1.3.2 可控震源的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀
    1.4 課題來源、意義及研究內(nèi)容
        1.4.1 項目背景及研究意義
        1.4.2 本文主要研究內(nèi)容
第2章 超磁致伸縮換能器可控震源組成及建模
    2.1 超磁致伸縮材料特性
    2.2 超磁致伸縮換能器可控震源的組成與工作原理
    2.3 超磁致伸縮換能器電-磁-機(jī)轉(zhuǎn)化模型
        2.3.1 磁滯模型
        2.3.2 磁機(jī)轉(zhuǎn)化模型
    2.4 本章小結(jié)
第3章 GMA可控震源磁路優(yōu)化設(shè)計
    3.1 GMM棒尺寸以及線圈尺寸的設(shè)計
        3.1.1 GMM棒尺寸的確定
        3.1.2 GMA預(yù)緊力和磁場強(qiáng)度大小的確定以及偏置磁場的設(shè)計
        3.1.3 驅(qū)動線圈尺寸的設(shè)計方法
        3.1.4 驅(qū)動線圈排布方式的選擇
    3.2 GMA磁回路優(yōu)化
        3.2.1 GMA磁回路優(yōu)化的原理及方法
        3.2.2 驅(qū)動線圈內(nèi)徑的優(yōu)化
        3.2.3 驅(qū)動線圈長度的優(yōu)化
        3.2.4 GMM棒偏移線圈中心距離的優(yōu)化
    3.3 本章小結(jié)
第4章 GMA可控震源機(jī)械驅(qū)動部分設(shè)計
    4.1 多根棒并聯(lián)GMA的磁機(jī)轉(zhuǎn)化模型
    4.2 GMA機(jī)械驅(qū)動部分參數(shù)的確定
        4.2.1 GMA機(jī)械滯后與機(jī)械驅(qū)動部分參數(shù)的關(guān)系
        4.2.2 GMA機(jī)械驅(qū)動部分的多目標(biāo)優(yōu)化
    4.3 板簧結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計
    4.4 本章小結(jié)
第5章 隧道地質(zhì)超前預(yù)報用GMA可控震源驅(qū)動控制系統(tǒng)
    5.1 隧道地質(zhì)超前預(yù)報用GMA可控震源驅(qū)動控制系統(tǒng)概述
        5.1.1 GMA可控震源驅(qū)動控制系統(tǒng)硬件組成及工作原理
        5.1.2 GMA可控震源驅(qū)動控制系統(tǒng)軟件介紹
    5.2 GMA可控震源功率驅(qū)動系統(tǒng)
        5.2.1 逆變主電路
        5.2.2 基于控制器UC3846的PWM控制電路
        5.2.3 IGBT驅(qū)動電路
        5.2.4 濾波器單元
        5.2.5 GMA驅(qū)動線圈單元
        5.2.6 GMA功率驅(qū)動系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型
    5.3 GMA可控震源控制系統(tǒng)
    5.4 GMA可控震源驅(qū)動控制實驗平臺的搭建
    5.5 本章小結(jié)
第6章 變頻率輸入GMA可控震源控制系統(tǒng)控制策略
    6.1 超磁致伸縮換能器控制系統(tǒng)控制策略概述
    6.2 變頻率輸入GMA可控震源前饋補(bǔ)償控制
        6.2.1 GMA電-磁-機(jī)轉(zhuǎn)化模型的變形
        6.2.2 變頻率輸入GMA前饋補(bǔ)償控制原理
        6.2.3 變頻率輸入GMA相角滯后模型的確定
        6.2.4 變頻率輸入GMA線性化傳遞函數(shù)逆模型的確定
    6.3 變頻率輸入GMA前饋補(bǔ)償控制方法的驗證
    6.4 本章小結(jié)
第7章 結(jié)論與展望
    7.1 研究工作總結(jié)
    7.2 研究工作展望
附錄一 ANSYS三維電磁場瞬態(tài)分析命令流
附錄二 隧道地震波探測自持力智能可控激震裝置發(fā)明專利證書
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀學(xué)位期間取得的科研成果和參加科研情況
學(xué)位論文評閱及答辯情況表



本文編號：4055210