原文传递
地震波法隧道地质超前预报用GMA可控震源研究
| 论文题名： | 地震波法隧道地质超前预报用GMA可控震源研究 |
| 关键词： | 隧道地质;超前预报;地震波法;超磁致伸缩换能器;可控震源 |
| 摘要： | 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磁机转化过程的数学模型;探究了机械滞后与机械驱动部分参数——板簧刚度、负载质量、负载阻尼的关系，从减小GMA机械滞后和提高GMA的动态特性方面对这些参数利用线性加权法进行了多目标优化;利用有限元的方法对机械驱动部分的关键部件板簧的结构和尺寸进行了设计，使之满足刚度和许用强度要求。 (3)根据地震波法隧道地质超前预报可控震源对地震波信号高能量以及相位和频率可控的要求，选择半桥斩波逆变电路作为GMA的功率驱动系统，采用工控机加Ether MAC两轴控制卡作为GMA的控制系统;利用VS2008编程软件编写了工控机控制程序对输出地震波信号进行控制;建立了控制驱动系统的数学模型，为控制策略的研究提供了基础。 (4)根据地震波法隧道地质超前预报可控震源对地震波信号相位的高精度控制要求，对消除或减小GMA系统迟滞非线性的控制策略进行了研究，采用滞后相角补偿加线性传递函数逆模型补偿的前馈控制算法，提高了输出地震波信号相位的控制精度，并通过实验证明了该控制算法的有效性。 |
| 作者： | 曲孟孟 |
| 专业： | 机械制造及其自动化 |
| 导师： | 翟鹏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
