平行螺旋传输线用于形变分布式测量的机理研究

发布时间：2020-03-28 01:55

【摘要】：地质灾害的监测和预警一直是国家地质灾害防治工作的重要组成部分。地表和地下位移量是地质灾害监测的重要物理量,而平行螺旋传输线是一种用于测量岩土形变位移的传感电缆,可以实现地表和地下形变位移的分布式测量。为了完善平行螺旋传输线形变测量机理,本课题对其理论和仿真进行了重点分析,并设计了形变分布式测量系统,对理论内容进行了实物验证,为实际应用打下了良好的基础,具体研究内容如下:(1)研究了国内外在岩土形变监测方面的主要技术方法,并对各种技术方法的特点进行了对比分析,其中平行螺旋传输线由于自身可拉伸量大的特点,在形变分布式测量领域优势突出。(2)整体阐述了基于平行螺旋传输线的形变测量机理。平行螺旋传输线在拉伸后特性阻抗会产生变化,通过与时域反射技术的结合,可以测得平行螺旋传输线特性阻抗变化的位置和变化的大小,从而实现对形变位移的分布式测量。(3)推导了平行螺旋传输线的分布电容、分布电感和特性阻抗公式。根据高斯定理分析发现,随着平行螺旋传输线拉伸量变大,其分布电容逐渐减小;根据毕奥-萨伐尔定律分析发现,随着平行螺旋传输线拉伸量变大,其分布电感逐渐增大;综合得出,随着平行螺旋传输线拉伸量变大,其特性阻抗逐渐增大。(4)仿真了平行螺旋传输线拉伸过程中电感和电容的变化。使用Maxwell软件对平行螺旋传输线进行了电磁场仿真,并对仿真结果和电磁场分布图进行了详细分析,发现仿真结果与理论推导结果基本一致。(5)优化和补充了整个测量实验平台。实现了平行螺旋传输线的半自动制作,增加了拉伸平台的电机驱动控制,研发了整个系统的上位机软件。(6)对平行螺旋传输线进行了拉伸形变分布式测量实验和因素方差分析。多点定位测量精度能够达到0.2级,多点拉伸形变测量误差小于3mm;环境温度对测量会有显著影响,测量中加入了温度校准,湿度对测量无显著影响。本课题的研究将理论分析与实验结果进行了紧密联系,进一步明确了平行螺旋传输线的形变机理,给出了平行螺旋传输线的特性阻抗公式,分析了特性阻抗变化的过程,为平行螺旋传输线在拉伸形变分布式测量上的应用提供了强有力的理论基础,但平行螺旋传输线的制作精度还需要进一步提高,预测模型可以进一步优化。
【图文】：

过普通的遥感技术根本无法发现其土壤的形变位移，必须结合其它的监测方法进行全面立体的监测；图 1.1(c)为抢险救灾现场，虽然我国的抢险救灾能力较强，但在山体滑坡灾害面前，由于土壤湿度大，体积大，人一旦被掩埋就很难生还，因此能够及时预警的实时监测技术才是最能保障人身安全的手段；图 1.1(d)为新磨村的遇难者家属抱头痛哭的场景，，当天早上全村仅有一户有新生儿的家庭早早听见了村后一千米远处山体开始滑落时的响声，成功逃脱此次灾害，可见预警系统对滑坡等地质灾害预防的重要性。(a) 灾前的茂县新磨村 (b) 灾后的茂县新磨村

中国计量大学硕士学位论文人，仍失联 27 人，其中包括 26 名群众和 1 名在现场指挥转移的乡镇干部；截至 2016 年 10 月 9 日，27 名失联人员中被搜救出 19 人，但均被确认无生命迹象，其余 8 人仍为失联状态。因此，在隐患点安装能为人们提供更多逃生时间的预警系统是有必要的。
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P694

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本文编号：2603742