接地导线源磁电阻率（MMR）接收系统原理样机研究
发布时间：2021-06-24 02:30
随着我国水利水电事业的飞速发展,20世纪中后期开始,我国水坝建设事业蓬勃发展。但随着时间的推移,有些堤坝由于当时的建设施工条件限制,加上长时间的江水浸泡、雨水腐蚀和自然风化等不可避免的水文环境破坏,每年到汛期时节,堤坝渗漏以及溃坝的情况时有发生,这无疑是我国社会经济发展以及水库下游的人民群众生命财产安全的重大安全隐患。因此,做好堤坝渗漏的检查工作显得十分重要。目前我国堤坝渗漏探测通常是照搬地球物理探测方法,导致一些检测设备受地形环境等因素的影响,引起测量结果不准确、探测效率不高等问题。针对以上问题,本文设计了新型接地导线源磁电阻率（MMR）接收系统原理样机。磁电阻率探测方法早期在地面、空中和海洋探测中已经有了十分广泛的应用,近年来随着各国学者的不断深入,Willowstick公司将MMR探测方法应用于堤坝渗漏的检测当中并取得了可观的探测结果。其主要是通过地下渗漏流径的电导率与背景材料电导率的差异而探测地下水优先流径。通过在堤坝两侧放置发射电极,发射一定频率的低频正弦交流信号,由于渗漏的存在会使渗漏位置的电导率低于非渗漏处,渗漏位置就为成为电流的优先流径。通过使用高精度磁传感器接收系统测...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
瞬变电磁原理图
第1章绪论5地面MMR测量方法的示意图如图1.2所示，其测量方法为中梯形观测方法，发射导线以马蹄形绕开测量区域，以最大限度的减小导线中源信号对测区测量的干扰[36-37]。发射机发射大功率低频交变电流，接收系统在测区内每间隔几米到几十米一个测点对磁场数据进行采集[21]。图1.2MMR测量方法示意图最初阶段MMR探测方法被应用于对矿产资源的勘探，得益于其特殊的测量方式，该测量方法在寻找石墨矿和锌矿等与背景场导电性差异较大的矿体中得以广泛应用[38-39]。但由于该方法的异常信号较低，通常只有nT数量级甚至更低[40]，且MMR响应只与目标体和背景的电导率之比有关，同时，该方法观察结果的复杂性较高，因此没有在矿产勘察中广泛应用。根据MMR探测方法的优势，Willowstick公司利用该方法对地下水的流径进行探测并取得了明显的成果[26]，相比于其它传统地球物理探测方法，MMR探测方法在堤坝渗漏探测领域中是一种比较新的探测方式，其在理论、方法以及应用方面都很不成熟。目前国内外很多勘探方法还是使用的TEM接收系统进行MMR信号的接收，由于TEM是宽频接收系统，其对工频及环境噪声的抑制效果不明显，导致其在工频噪声较大的环境中易饱和，探测灵敏度不高。与传统地球物理探测方法相比，MMR方法描绘地下水系统具有快速、经济、微创等优势。随着正反演算法的飞速发展，MMR所受到技术上的局限逐渐减小，其在方法上的特殊性逐渐凸显，应用范围也不断扩展。国内对于该方法的应用较少，目前记载的仅有2019年10月，武汉市的长江勘探规划设计有限责任公司将Willowstick公司的的探测系统应用在我国湖北和贵州两处水坝进行了堤坝渗漏
第2章接地导线源磁电阻率（MMR）探测理论基础12()=4∫′(′)×(′)|′|′Ω···················（2.22）对于均匀地下空间()=0，磁场强度仅存在一次场0。由式2.22可知，MMR对电导率梯度分布较为敏感，如果地下优先流径与背景材料的电导率差异较大，那么通过MMR方法可以准确的探测出优先流径的存在。2.2接地导线源磁电阻率探测电磁仿真由2.1节接地导线源磁电阻率法探测原理可知，由于堤坝材料的电导率与渗漏流径中水流的电导率存在差异，在堤坝渗漏探测时可以通过向探测区域注入低频交变电流场，在堤坝上方探测由优先流径引发的磁场变化情况来拟合地下水的优先流径。在进行接地导线源磁电阻率接收系统的设计之前，本文首先对接收系统的各项参数要求进行分析，采用COMSOL电磁仿真软件建立了堤坝渗漏探测的仿真模型，设仿真区域为长100m，宽100m，高50m的三维立体空间区域，该区域中心为空气和水平面的分界，上半部分空间材料为空气，电导率为无穷小，下半部分材料为流体水，电导率采用COMSOL默认值0.5S/m，在水中建立一个坝顶宽度为10m，高度为25m，坡比为1:1的混凝土材料堤坝，电导率采用COMSOL默认值2×103S/m。图2.2COMSOL堤坝渗漏仿真模型由于MMR探测方法是基于Maxwell方程组的准静态条件，因此需要考虑接地导线源发射的低频交变电流频率应尽量小于400Hz，为了减少50Hz工频噪
【参考文献】：
期刊论文
[1]GPS-RTK技术在矿山测量中的应用探析[J]. 刘思铨. 世界有色金属. 2019(20)
[2]磁电阻率法在水库渗漏探测中的应用[J]. 邹德兵,傅兴安,闵征辉. 水利与建筑工程学报. 2019(05)
[3]高密度电阻率法在云南某水库蓄水勘察中的应用[J]. 李志刚. 勘察科学技术. 2018(06)
[4]水中自然电场法探测病态水库岩溶渗漏通道——以金鸡河水库一级水电站为例[J]. 陈贻祥,邬健强,黄奇波,甘伏平,韩凯,魏巍,郑智杰. 中国岩溶. 2018(06)
[5]磁电法基本原理、发展现状及前景展望[J]. 翁爱华,李斯睿,杨悦,李大俊,李建平,李世文. 吉林大学学报(地球科学版). 2017(06)
[6]探地雷达在堤坝隐患检测中的应用[J]. 徐洪苗,林宾,胡俊杰. 安徽地质. 2017(01)
[7]三维高密度电阻率法在堤坝工程中的模拟试验[J]. 张汝凯,张晓培,吕守航,陈兵兵,王杰. 世界地质. 2016(04)
[8]高密度电阻率法在滑坡工程地质勘察中的应用[J]. 邹恩润. 甘肃科技. 2016(05)
[9]地质雷达在水库堤坝渗漏检测的应用[J]. 郑立霖,陈俊德,姚润樾,梁衍铭. 科技展望. 2016(06)
[10]基于感性负载的瞬变电磁发射波形控制技术[J]. 林君,杨宇,胡雪岩,王世隆. 吉林大学学报(工学版). 2016(05)
博士论文
[1]地面磁电阻率法三维非线性反演研究[D]. 李斯睿.吉林大学 2017
[2]探地雷达信号分辨率提高方法研究[D]. 张丽丽.吉林大学 2012
硕士论文
[1]地空瞬变电磁三分量感应式空心线圈传感器研制[D]. 元绍烨.吉林大学 2019
[2]基于自适应神经网络的系留六旋翼飞行器控制系统的应用研究[D]. 薛白.安徽工业大学 2019
[3]海底热液活动声音与温度时序监测技术研究[D]. 李江涛.浙江大学 2018
[4]混凝土坝智能监控模型与软件系统研究[D]. 刘佳.大连理工大学 2017
[5]植入式磁耦合谐振无线电能传输研究[D]. 杨鹏.杭州电子科技大学 2017
[6]坝堤渗漏监测关键技术及方法研究[D]. 范素芳.湖南科技大学 2012
[7]PCB平面螺旋空心线圈电子式电流互感器的研究[D]. 陈玲.湖南大学 2011
[8]基于数字化控制开关电源的设计[D]. 史凤光.北京化工大学 2010
[9]TEM接收线圈的研制[D]. 谭飞亚.吉林大学 2010
本文编号：3246177
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
瞬变电磁原理图
第1章绪论5地面MMR测量方法的示意图如图1.2所示，其测量方法为中梯形观测方法，发射导线以马蹄形绕开测量区域，以最大限度的减小导线中源信号对测区测量的干扰[36-37]。发射机发射大功率低频交变电流，接收系统在测区内每间隔几米到几十米一个测点对磁场数据进行采集[21]。图1.2MMR测量方法示意图最初阶段MMR探测方法被应用于对矿产资源的勘探，得益于其特殊的测量方式，该测量方法在寻找石墨矿和锌矿等与背景场导电性差异较大的矿体中得以广泛应用[38-39]。但由于该方法的异常信号较低，通常只有nT数量级甚至更低[40]，且MMR响应只与目标体和背景的电导率之比有关，同时，该方法观察结果的复杂性较高，因此没有在矿产勘察中广泛应用。根据MMR探测方法的优势，Willowstick公司利用该方法对地下水的流径进行探测并取得了明显的成果[26]，相比于其它传统地球物理探测方法，MMR探测方法在堤坝渗漏探测领域中是一种比较新的探测方式，其在理论、方法以及应用方面都很不成熟。目前国内外很多勘探方法还是使用的TEM接收系统进行MMR信号的接收，由于TEM是宽频接收系统，其对工频及环境噪声的抑制效果不明显，导致其在工频噪声较大的环境中易饱和，探测灵敏度不高。与传统地球物理探测方法相比，MMR方法描绘地下水系统具有快速、经济、微创等优势。随着正反演算法的飞速发展，MMR所受到技术上的局限逐渐减小，其在方法上的特殊性逐渐凸显，应用范围也不断扩展。国内对于该方法的应用较少，目前记载的仅有2019年10月，武汉市的长江勘探规划设计有限责任公司将Willowstick公司的的探测系统应用在我国湖北和贵州两处水坝进行了堤坝渗漏
第2章接地导线源磁电阻率（MMR）探测理论基础12()=4∫′(′)×(′)|′|′Ω···················（2.22）对于均匀地下空间()=0，磁场强度仅存在一次场0。由式2.22可知，MMR对电导率梯度分布较为敏感，如果地下优先流径与背景材料的电导率差异较大，那么通过MMR方法可以准确的探测出优先流径的存在。2.2接地导线源磁电阻率探测电磁仿真由2.1节接地导线源磁电阻率法探测原理可知，由于堤坝材料的电导率与渗漏流径中水流的电导率存在差异，在堤坝渗漏探测时可以通过向探测区域注入低频交变电流场，在堤坝上方探测由优先流径引发的磁场变化情况来拟合地下水的优先流径。在进行接地导线源磁电阻率接收系统的设计之前，本文首先对接收系统的各项参数要求进行分析，采用COMSOL电磁仿真软件建立了堤坝渗漏探测的仿真模型，设仿真区域为长100m，宽100m，高50m的三维立体空间区域，该区域中心为空气和水平面的分界，上半部分空间材料为空气，电导率为无穷小，下半部分材料为流体水，电导率采用COMSOL默认值0.5S/m，在水中建立一个坝顶宽度为10m，高度为25m，坡比为1:1的混凝土材料堤坝，电导率采用COMSOL默认值2×103S/m。图2.2COMSOL堤坝渗漏仿真模型由于MMR探测方法是基于Maxwell方程组的准静态条件，因此需要考虑接地导线源发射的低频交变电流频率应尽量小于400Hz，为了减少50Hz工频噪
【参考文献】：
期刊论文
[1]GPS-RTK技术在矿山测量中的应用探析[J]. 刘思铨. 世界有色金属. 2019(20)
[2]磁电阻率法在水库渗漏探测中的应用[J]. 邹德兵,傅兴安,闵征辉. 水利与建筑工程学报. 2019(05)
[3]高密度电阻率法在云南某水库蓄水勘察中的应用[J]. 李志刚. 勘察科学技术. 2018(06)
[4]水中自然电场法探测病态水库岩溶渗漏通道——以金鸡河水库一级水电站为例[J]. 陈贻祥,邬健强,黄奇波,甘伏平,韩凯,魏巍,郑智杰. 中国岩溶. 2018(06)
[5]磁电法基本原理、发展现状及前景展望[J]. 翁爱华,李斯睿,杨悦,李大俊,李建平,李世文. 吉林大学学报(地球科学版). 2017(06)
[6]探地雷达在堤坝隐患检测中的应用[J]. 徐洪苗,林宾,胡俊杰. 安徽地质. 2017(01)
[7]三维高密度电阻率法在堤坝工程中的模拟试验[J]. 张汝凯,张晓培,吕守航,陈兵兵,王杰. 世界地质. 2016(04)
[8]高密度电阻率法在滑坡工程地质勘察中的应用[J]. 邹恩润. 甘肃科技. 2016(05)
[9]地质雷达在水库堤坝渗漏检测的应用[J]. 郑立霖,陈俊德,姚润樾,梁衍铭. 科技展望. 2016(06)
[10]基于感性负载的瞬变电磁发射波形控制技术[J]. 林君,杨宇,胡雪岩,王世隆. 吉林大学学报(工学版). 2016(05)
博士论文
[1]地面磁电阻率法三维非线性反演研究[D]. 李斯睿.吉林大学 2017
[2]探地雷达信号分辨率提高方法研究[D]. 张丽丽.吉林大学 2012
硕士论文
[1]地空瞬变电磁三分量感应式空心线圈传感器研制[D]. 元绍烨.吉林大学 2019
[2]基于自适应神经网络的系留六旋翼飞行器控制系统的应用研究[D]. 薛白.安徽工业大学 2019
[3]海底热液活动声音与温度时序监测技术研究[D]. 李江涛.浙江大学 2018
[4]混凝土坝智能监控模型与软件系统研究[D]. 刘佳.大连理工大学 2017
[5]植入式磁耦合谐振无线电能传输研究[D]. 杨鹏.杭州电子科技大学 2017
[6]坝堤渗漏监测关键技术及方法研究[D]. 范素芳.湖南科技大学 2012
[7]PCB平面螺旋空心线圈电子式电流互感器的研究[D]. 陈玲.湖南大学 2011
[8]基于数字化控制开关电源的设计[D]. 史凤光.北京化工大学 2010
[9]TEM接收线圈的研制[D]. 谭飞亚.吉林大学 2010
本文编号：3246177
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