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隧道含水构造探测仪的研究与设计
| 论文题名： | 隧道含水构造探测仪的研究与设计 |
| 关键词： | 隧道工程;含水构造;探测仪;激发极化法;设计模式 |
| 摘要： | 伴随着一带一路的快速推进以及国家基础建设规模的极速扩张，隧道工程项目也逐年增多，因此在隧道挖掘过程中出现的安全问题也越来越受到重视。由于隧道工程基本都是在地质环境较为复杂的区域进行的，在挖掘过程中极易产生突水突泥等地质灾害，因此可能会对施工方造成巨大的经济损失，更严重的是会极大地威胁施工人员的自身生命安全。为解决此问题，就迫切需要超前地质预报，即是在项目开始之前通过地质预报来探测出隧道中的含水构造，明确地质情况，从而保证后期工程施工安全进行。具体来说，有很多种方法可以应用于隧道工程中岩层含水构造的探测，而其中电法中的激发极化法最为适合。 本文基于这一需求，在研究了激发极化效应原理的基础上设计了一种隧道含水结构探测仪。根据最终装入TBM的探测仪的功能特点，详细说明了基于该方法的探测仪的设计方案，包括硬件和软件模块。首先系统的介绍了硬件模块的设计，主要包括恒流源模块、控制芯片、继电器阵及其驱动模块、USB模块、采集模块和电源模块。其次除硬件模块外，还采用C语言编写下位机软件，Visual C++集成开发环境编写了上位机软件，从用户角度有打开文件、测试接地电阻、进行系统设置、下达命令开始检测、查询历史曲线和退出程序几个常用操作。第三部分主要是仪器的整体实验，主要包括:利用电极测量接地电阻以观察供电电极与采集电极是否都已经和岩层接触良好，能确认接触后再使用恒流源对供电电极进行供电，可在上位机选择正向或反向供电方式，供电电极也是由上位机自行选择，供电一段时间后利用采集电极进行采集，所测出的数据会经过采集模块的分压、隔离、滤波和量程调整后传递到上位机进行处理、存储和显示，最终显示在上位机面板的即为完整的供、放电曲线和计算后的半衰时，根据半衰时可以得出岩层中的含水量。在此设计中，特别说明的是滤波模块在信号处理方面所发挥的重要作用，可以根据所需要的目标信号特点选择了巴特沃斯低通滤波器，设计出四阶的巴特沃斯低通滤波器，经过测试表明对信号具有良好的滤波效果，提高了探测仪的精确性。 本文最后对仪器依次进行了通道校准、室内实验、室外模型实验以及现场实验，并对实验结果进行了详细分析，最终结果表明:仪器所测得的数据能够满足实际使用中高精度、高稳定性、使用灵活性的要求，在实践中证明了仪器的有效性。 |
| 作者： | 张秀秀 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 曹玉强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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