基于阻容网络的聚焦双频激电法精准探测正演模拟
发布时间：2021-08-07 20:45
为认识聚焦双频激电法煤巷综掘探测含水地质构造异常激电特征,减少传统阻容网络物理模型实验模拟系统误差,提高正演模拟测试精度,依据煤巷含水地质构造实际工况条件和聚焦效应探测机理,搭建地电测试探测模型及与其等效的阻容网络模型,利用Matlab软件Simulink组件中Sim PowerSystems模块精准构建探测系统仿真电路模型。通过改变阻容网络模型参量,模拟含水地质构造探测视电阻率和视幅频率变化规律。仿真实验结果表明:随测点距掘进断面距离的增加,视幅频率逐渐增加,而视电阻率逐渐减小,在测点距掘进断面48m处,视幅频率达到19.7%,视电阻率达到571.5Ω·m,即测点越靠近含水异常体,其激电效应异常越为明显。
【文章来源】：煤炭工程. 2020,52(09)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
聚焦双频激电法地电测试模型
依据聚焦双频激电法含水地质构造地电测试模型，使主电极A及屏蔽电极与探测仪发送机的正向输入端相连，巷道后方无穷远处的接地电极B和测量电极一端N与发送机的负向输入端相连，测量电极另一端M可在巷道A与B(N)两端点之间移动，测量电极M和N(B)两端与接收机相连，构建与其等效的阻容模型网络如图2所示。由空间电流场电位分布特性可知，在巷道后方某一测量点M处的测量电位总可以与掘进前方某一点M"处电位等效，设接地电极B(N)处电位与掘进前方较远处B"(N")处电位等效。沿巷道向后方移动测量电极M，即使其等效测量电位M"逐渐接近含水异常体，随着测量电极M的移动，AM(M")段和MN(M"N")段煤层的阻容值也随之变化，通过有规律地改变阻容值大小，模拟聚焦双频激电法探测过程。2 聚焦超前探测系统精准模型构建
为产生上述双频合成方波恒流源，实现聚焦双频激电法探测精准实验模拟，文中利用Matlab软件中的Simulink组件精准构建探测系统仿真电路模型如图3所示。Simulink组件提供有专门用于解决电路、电力电子、电机等系统仿真和分析的电力系统模型库(Sim Power Systems模块)，该模块含有电源模型库、元件模型库、电机模型库、电力电子模型库、测量模型库、应用模型库、附加模型库等子模块库，拥有约100个模块。实验模拟采用的频率对是fL=1/13Hz和fH=1Hz，电源选择受控电流源(Controlled Current Source)，其幅值设为0.1A，两组PWM波矩形脉冲序列PWM1和PWM2、PWM10和PWM20通过逻辑与运算形成触发脉冲。为形成频率对为fL=1/13Hz和fH=1Hz的双频合成方波电流，两组PWM波矩形脉冲序列参数设置见表1。按照方波逆变电路原理，逆变电路中的开关器件选择绝缘栅晶体管(IGBT)，通过PWM1和PWM2、PWM10和PWM20形成的两组触发脉冲交替切换开关IGBT、IGBT3和IGBT2、IGBT1，将直流恒流电源逆变成双频合成方波电流(替代发送机)供给负载。按图2从元件模型库(Elements)中选取合适的电阻和电容放到仿真平台上，从测量模块元件库(Measurements)中选择Voltage Measurement(替代接收机)检测测量电极两端电压，将各模块连接起来，组成仿真电路模型。Sim Power Systems还提供了交互式工具Powergui模块，用户可通过Powergui修改模型的初始状态，同时还可以进行系统的时域、频域响应分析。
【参考文献】：
期刊论文
[1]综合物探方法在隐伏导水地质构造探测中的应用[J]. 王圣龙. 中国煤炭. 2019(06)
[2]矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系统设计[J]. 刘希高,刘志民,张金涛,吕一鸣,周游,吴淼. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2016(11)
[3]煤介电常数测量技术研究进展[J]. 朱红青,辛邈,常明然,刘丹龙. 煤炭科学技术. 2016(09)
[4]聚焦双频激电法超前探水激励信号发送系统设计[J]. 张金涛,吕一鸣,刘志民,刘希高,周游,吴淼. 煤炭科学技术. 2015(08)
[5]基于阻容模型的聚焦双频激电仪性能检测试验研究[J]. 刘志民,刘希高,张金涛,周游,吕一鸣,吴淼. 煤炭工程. 2015(04)
[6]坑道直流聚焦超前探测电阻率法有限元数值模拟[J]. 柳建新,邓小康,郭荣文,刘海飞,童孝忠,柳卓. 中国有色金属学报. 2012(03)
[7]坑道全空间直流聚焦超前探测模拟研究[J]. 张力,阮百尧,吕玉增,杨庭伟,陈卫营,李静和. 地球物理学报. 2011(04)
[8]三维坑道直流聚焦法超前探测的电极组合研究[J]. 强建科,阮百尧,周俊杰. 地球物理学报. 2010(03)
[9]三维坑道直流聚焦法超前探测技术[J]. 阮百尧,强建科,周俊杰. 物探与化探. 2009(06)
[10]不同煤体结构类型煤分层视电阻率值的测试[J]. 汤友谊,孙四清,郭纯,陈江峰. 煤炭科学技术. 2005(03)
本文编号：3328512
【文章来源】：煤炭工程. 2020,52(09)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
聚焦双频激电法地电测试模型
依据聚焦双频激电法含水地质构造地电测试模型，使主电极A及屏蔽电极与探测仪发送机的正向输入端相连，巷道后方无穷远处的接地电极B和测量电极一端N与发送机的负向输入端相连，测量电极另一端M可在巷道A与B(N)两端点之间移动，测量电极M和N(B)两端与接收机相连，构建与其等效的阻容模型网络如图2所示。由空间电流场电位分布特性可知，在巷道后方某一测量点M处的测量电位总可以与掘进前方某一点M"处电位等效，设接地电极B(N)处电位与掘进前方较远处B"(N")处电位等效。沿巷道向后方移动测量电极M，即使其等效测量电位M"逐渐接近含水异常体，随着测量电极M的移动，AM(M")段和MN(M"N")段煤层的阻容值也随之变化，通过有规律地改变阻容值大小，模拟聚焦双频激电法探测过程。2 聚焦超前探测系统精准模型构建
为产生上述双频合成方波恒流源，实现聚焦双频激电法探测精准实验模拟，文中利用Matlab软件中的Simulink组件精准构建探测系统仿真电路模型如图3所示。Simulink组件提供有专门用于解决电路、电力电子、电机等系统仿真和分析的电力系统模型库(Sim Power Systems模块)，该模块含有电源模型库、元件模型库、电机模型库、电力电子模型库、测量模型库、应用模型库、附加模型库等子模块库，拥有约100个模块。实验模拟采用的频率对是fL=1/13Hz和fH=1Hz，电源选择受控电流源(Controlled Current Source)，其幅值设为0.1A，两组PWM波矩形脉冲序列PWM1和PWM2、PWM10和PWM20通过逻辑与运算形成触发脉冲。为形成频率对为fL=1/13Hz和fH=1Hz的双频合成方波电流，两组PWM波矩形脉冲序列参数设置见表1。按照方波逆变电路原理，逆变电路中的开关器件选择绝缘栅晶体管(IGBT)，通过PWM1和PWM2、PWM10和PWM20形成的两组触发脉冲交替切换开关IGBT、IGBT3和IGBT2、IGBT1，将直流恒流电源逆变成双频合成方波电流(替代发送机)供给负载。按图2从元件模型库(Elements)中选取合适的电阻和电容放到仿真平台上，从测量模块元件库(Measurements)中选择Voltage Measurement(替代接收机)检测测量电极两端电压，将各模块连接起来，组成仿真电路模型。Sim Power Systems还提供了交互式工具Powergui模块，用户可通过Powergui修改模型的初始状态，同时还可以进行系统的时域、频域响应分析。
【参考文献】：
期刊论文
[1]综合物探方法在隐伏导水地质构造探测中的应用[J]. 王圣龙. 中国煤炭. 2019(06)
[2]矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系统设计[J]. 刘希高,刘志民,张金涛,吕一鸣,周游,吴淼. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2016(11)
[3]煤介电常数测量技术研究进展[J]. 朱红青,辛邈,常明然,刘丹龙. 煤炭科学技术. 2016(09)
[4]聚焦双频激电法超前探水激励信号发送系统设计[J]. 张金涛,吕一鸣,刘志民,刘希高,周游,吴淼. 煤炭科学技术. 2015(08)
[5]基于阻容模型的聚焦双频激电仪性能检测试验研究[J]. 刘志民,刘希高,张金涛,周游,吕一鸣,吴淼. 煤炭工程. 2015(04)
[6]坑道直流聚焦超前探测电阻率法有限元数值模拟[J]. 柳建新,邓小康,郭荣文,刘海飞,童孝忠,柳卓. 中国有色金属学报. 2012(03)
[7]坑道全空间直流聚焦超前探测模拟研究[J]. 张力,阮百尧,吕玉增,杨庭伟,陈卫营,李静和. 地球物理学报. 2011(04)
[8]三维坑道直流聚焦法超前探测的电极组合研究[J]. 强建科,阮百尧,周俊杰. 地球物理学报. 2010(03)
[9]三维坑道直流聚焦法超前探测技术[J]. 阮百尧,强建科,周俊杰. 物探与化探. 2009(06)
[10]不同煤体结构类型煤分层视电阻率值的测试[J]. 汤友谊,孙四清,郭纯,陈江峰. 煤炭科学技术. 2005(03)
本文编号：3328512
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