用於物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線的製作方法
2023-05-08 04:27:51
專利名稱：用於物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種陣列式天線，尤其是一種用於物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線。
背景技術：
我國在公路、鐵路、水電等領域在建或即將修建的深埋長大隧道數量巨大。隧道施工過程中可能遇到的突水、突泥等地質災害給施工安全帶來了很大的安全隱患並可能導致巨大的經濟損失。因此，為保證隧道施工的安全，減輕突水突泥等地質災害的影響，對隧道含水構造超前預報進行深入研究具有重要的理論意義和重大的工程應用價值。瞬變電磁法是一種電磁感應探測方法，具有對低阻體反應敏感、能夠同時進行測深和剖面測量、工作效率高等特點。在隧道、礦山超前地質預報和含水構造探查中得到了廣泛應用，並取得了一定的效果。由於在隧道內進行測量涉及的環境比較複雜，比如，較地面導電半空間環境，隧道內既不是導電全空間環境又不是導電半空間環境，而是在導電全空間環境中存在一不導電柱體(隧道腔體)，同時隧道內還存在各種幹擾，例如鋼拱架、錨杆、施工機械等，因而需要對隧道瞬變電磁超前探測的規律和效果進行分析。進行大型物理模擬試驗是分析這類複雜問題的一種有效途徑。
發明內容
本發明為了解決現有技術存在的上述不足，提供了一種用於物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線；發射天線和接收天線採用不同的特殊繞制方法製作，具有數據採集效率高，能夠適應市面上現有的單通道和三通道的儀器以及後續可能出現的多通道儀器，採集的數據是三維立體數據，為進一步的三維成像研究提供基本數據。本發明的目的是採用下述技術方案實現的一種用於物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線，包括發射天線、接收天線，發射天線與發射機連接，接收天線與接收機通過接收天線自適應多通道採集裝置連接，所述發射天線、接收天線分別固定在電絕緣材料的發射天線支撐骨架、接收天線支撐骨架上，所述發射天線支撐骨架、接收天線支撐骨架分別與電絕緣固定裝置連接，發射天線支撐骨架、接收天線支撐骨架之間通過電絕緣材料連接，發射天線為正方形。所述發射天線支撐骨架、接收天線支撐骨架採用塑料、或木材，電絕緣固定裝置為圓柱形木板，發射天線支撐骨架設有內孔，與接收天線支撐骨架連接的圓柱形木板與發射天線支撐骨的內孔配合連接。發射天線採用直徑2. 5mm的漆包線並行纏繞、兩股漆包線之間設有間隙，間隙距離至少為I倍漆包線的直徑的距離，按照順序繞成螺線管的形狀，以降低多匝線圈互感造成的影響。漆包線的電阻≤4. 0Χ1(Γ3 Ω/m。發射天線漆包線的匝數根 據公式M=Ii1 X I X L2確定，其中M為發送磁矩，Ii1為匝數，I為發送電流，L為正方形發送天線邊長，。
接收天線採用直徑Imm的兩股漆包線並行纏繞、兩股漆包線之間緊貼在一起，不留空隙，以方便電磁感應的測量。漆包線的電阻彡O. 9Ω/πι。接收天線採用正方形、或者圓形。接收天線中漆包線的匝數根據公式為S=II2XStl確定，其中S為等效接收面積，n2為匝數，S0為接收天線的面積，。所述接收天線自適應多通道採集裝置包括處理器、RS485通訊模塊、繼電器，處理器通過通訊模塊與主機通信，處理器通過電阻與三極體的基極連接，三極體的發射極接地，三極體的集電極通過繼電器與直流電源連接置高電平，前級轉換開關與接收機輸入端連接，後級轉換開關置於空信號，繼電器的雙置開關一端通過第一觸點將前級轉換開關與後級轉換開關連接、通過第二觸點將前級轉換開關與接收天線信號輸入連接，繼電器與二極體並聯，處理器與電源連接。本發明的工作原理本發明的有益效果1.發射天線和接收天線能夠在進行大型物理模擬試驗時實現瞬變電磁超前探測信號的陣列式採集，數據採集效率高，初步估算單次數據採集所用時間為原方法的1/3 ；2.能夠適應市面上現有的單通道和三通道的儀器以及後續可能出現的多通道儀器，最多設置為9道；3.採集的數據是三維立體數據，為進一步的三維成像研究提供基本數據，在大型物理模擬試驗中進行應用、分析規律，按照一定的比例放大後可以直接應用於實際生產。
圖1為本發明陣列式天線正面設計圖及裝配圖；圖2為本發明陣列式天線發射部分側面設計3為本發明陣列式天線接收部分側面設計圖；圖4為本發明接收天線自適應多通道採集裝置電路圖；其中，1、發射天線，2、接收天線，3、接收天線支撐骨架，4、發射天線支撐骨架，5、電絕緣固定裝置。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。結合圖1至圖4，一種用於物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線，包括發射天線1、接收天線2,發射天線I與發射機連接,接收天線2與接收機通過接收天線自適應多通道採集裝置連接，所述發射天線1、接收天線2分別固定在電絕緣材料的發射天線支撐骨架4、接收天線支撐骨架3上，發射天線支撐骨架4、接收天線支撐骨架3分別與電絕緣固定裝置5連接，發射天線I為正方形。所述發射天線支撐骨架4、接收天線支撐骨架5採用塑料、或木材，電絕緣固定裝置5為厚度為5cm的圓柱形木板，發射天線支撐骨架4設有內孔，與接收天線支撐骨架3連接的圓柱形木板與發射天線支撐骨4的內孔配合連接。接收天線支撐骨架3採用IOcmX IOcm的木質骨架；發射天線支撐骨架4、接收天線支撐骨架3之間通過電絕緣材料連接、如使用塑料螺母接頭或者骨膠進行連接。發射天線採用直徑2. 5mm的漆包線纏繞，漆包線的電阻不應超過4. OX 10_3Ω/πι，繞制過程中，發射天線採用漆包線並行纏繞、兩股漆包線之間設有間隙，間隙距離至少為I倍漆包線的直徑的距離，按照順序繞成螺線管的形狀，以降低多匝線圈互感造成的影響。發射天線漆包線的匝數應按照實際需要的發送磁矩確定，其計算公式為M=II1XIXL2,其中M為發送磁矩，H1為匝數，I為發送電流，L為正方形發送天線邊長。本例給出的發送天線尺寸為1. 2mX1. 2m正方形，發射天線必須為正方形。接收天線採用直徑Imm的漆包線纏繞，漆包線的電阻不應小於O. 9 Ω /m,接收天線採用兩股漆包線並行纏繞、兩股漆包線之間緊貼在一起，不留空隙，以方便電磁感應的測量。接收天線採用正方形、或者圓形。接收天線中漆包線的匝數按照實際需要的等效接收面積確定，其計算公式為S=Ii2XStl，其中S為等效接收面積，112為匝數，Stl為接收天線的面積。本例給出的接收天線尺寸為O. 15mX0. 15m的正方形，還可以設置為圓形。所述接收天線自適應多通道採集裝置包括處理器、RS485通訊模塊、繼電器，處理器通過通訊模塊與主機連接通信，處理器通過電阻與三極體的基極連接，三極體的發射極接地，三極體的集電極通過繼電器與直流電源高電平連接，前級轉換開關與接收機輸入端連接，後級轉換開關置於空信號，繼電器的雙置開關一端通過第一觸點將前級轉換開關與後級轉換開關連接、通過第二觸點將前級轉換開關與接收天線信號輸入連接，繼電器與二極體並聯，處理器與電源連接。處理器接收工作指令後，P13引腳觸發Q2導通，繼電器通電吸合，K2切換至測量天線信號。接收機輸入端GI接收信號。不工作時，K2切換至GO至無效空電位。根據採用的接收機型號和通道數選擇接收天線自適應多通道採集裝置的工作參數，以適應快速自動採集。上述雖然結合附圖對發明的具體實施方式
進行了描述，但並非對本發明保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可 做出的各種修改或變形仍在本發明的保護範圍以內。
權利要求
1.一種用於物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線，其特徵是，包括發射天線、接收天線，發射天線與發射機連接，接收天線與接收機通過接收天線自適應多通道採集裝置連接，所述發射天線、接收天線分別固定在電絕緣材料的發射天線支撐骨架、接收天線支撐骨架上，所述發射天線支撐骨架、接收天線支撐骨架分別與電絕緣固定裝置連接，發射天線支撐骨架、接收天線支撐骨架之間通過電絕緣材料連接，發射天線為正方形。
2.如權利要求1所述的用於物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線，其特徵是，所述發射天線支撐骨架、接收天線支撐骨架採用塑料、或木材，電絕緣固定裝置為圓柱形木板，發射天線支撐骨架設有內孔，與接收天線支撐骨架連接的圓柱形木板與發射天線支撐骨的內孔配合連接。
3.如權利要求1或2所述的用於物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線， 其特徵是，所述發射天線採用直徑2. 5mm的兩股漆包線並行纏繞、兩股漆包線之間設有間隙，間隙距離至少為I倍漆包線的直徑的距離，按照順序繞成螺線管的形狀，漆包線的電阻 (4. 0Χ10_3Ω/πι。
4.如權利要求3所述的用於物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線，其特徵是，所述發射天線漆包線的匝數根據公式M=Ii1XIXL2確定，其中M為發送磁矩，Ii1為匝數，I為發送電流，L為正方形發送天線邊長。
5.如權利要求1或2所述的用於物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線， 其特徵是，所述接收天線採用直徑Imm的兩股漆包線並行纏繞、兩股漆包線之間緊貼在一起，漆包線的電阻彡O. 9Ω/πι。
6.如權利要求5所述的用於物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線，其特徵是，所述接收天線採用正方形、或者圓形。
7.如權利要求6所述的用於物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線，其特徵是，所述接收天線中漆包線的匝數根據公式為S=Ii2XStl確定，其中S為等效接收面積，η2 為匝數，S0為接收天線的面積。
8.如權利要求1所述的用於物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線，其特徵是，所述接收天線自適應多通道採集裝置包括處理器、RS485通訊模塊、繼電器，處理器通過通訊模塊與主機連接通信，處理器通過電阻與三極體的基極連接，三極體的發射極接地， 三極體的集電極通過繼電器與直流電源高電平連接，前級轉換開關與接收機輸入端連接， 後級轉換開關置於空信號，繼電器的雙置開關一端通過第一觸點將前級轉換開關與後級轉換開關連接、通過第二觸點將前級轉換開關與接收天線信號輸入連接，繼電器與二極體並聯，處理器與電源連接。
全文摘要
本發明公開了一種用於物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線，其特徵是，包括發射天線、接收天線，發射天線與發射機連接，接收天線與接收機通過接收天線自適應多通道採集裝置連接，所述發射天線、接收天線分別固定在電絕緣材料的發射天線支撐骨架、接收天線支撐骨架上，所述發射天線支撐骨架、接收天線支撐骨架分別與電絕緣固定裝置連接，發射天線支撐骨架、接收天線支撐骨架之間通過電絕緣材料連接，發射天線為正方形；發射天線和接收天線採用不同的特殊繞制方法製作，具有數據採集效率高，能夠適應市面上現有的單通道和三通道的儀器以及後續可能出現的多通道儀器，採集的數據是三維立體數據，為進一步的三維成像研究提供基本數據。
文檔編號H01Q21/00GK103050769SQ20131001812
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月18日 優先權日2013年1月18日
發明者李術才, 孫懷鳳, 李貅, 郝亭宇, 劉斌, 聶利超, 蘇茂鑫, 劉徵宇, 宋傑, 薛翊國 申請人:山東大學