隧道超前地质探测双频激电仪的研究与实现

论文摘要

利用隧道施工期超前地质预报技术,寻找行之有效的超前探测方法并研制出相应的仪器设备,准确预测和分析隧道开挖面前方各种不良地质灾害体,及时为隧道施工提出合理可行的施工灾害处置措施,对于减少隧道施工的盲目性,提高施工的遇险应变能力,降低或消除施工过程中人员、设备和工程的损失,具有重大的实际意义。论文深入研究了超前探测领域技术现状、电法探测优点和激发极化效应机理；分析了双频激发极化法的理论基础以及现有主流双频激电仪器的结构功能特点；结合隧道施工现场工作的展开特点和电磁环境特点,研究设计了一种基于频域激发极化法中双频激电法的隧道超前地质探测仪器系统。本论文提出了仪器系统的设计原则、结构功能和指标参数,制定了双频激电仪的研究实现方案。本论文详细论述了对单片机系统选型、双频及输出级设计、信号可靠采集及去噪设计、数据通讯实时性设计、稳定可靠的无线数传设计、工控机主程序软件设计、信号处理软件设计等几个关键环节的优化设计研究,保证了仪器系统的环境适应性、工作稳定性、测量精确性、通信实时性和使用灵活性,实现了项目要求的科研和实用的双重目的。本论文通过在模型试验、仪器对比试验和实地试验中不断地分析、总结和改进,仪器系统日趋完善。在“胶州湾海底隧道”等施工现场的实践检验,证明了本论文研究的有效性和探测仪系统的实用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 工程背景
• 1.1.2 技术背景
• 1.2 论文内容安排
• 1.2.1 课题来源
• 1.2.2 论文内容
• 第2章 双频激电理论和系统总体设计
• 2.1 双频激电理论
• 2.1.1 激发极化机理
• 2.1.2 从时间域到频率域
• 2.1.3 从变频法、谐波法到双频法
• 2.2 系统总体设计
• 2.2.1 研究及设计方案
• 2.2.2 系统整体结构设计
• 2.2.3 系统功能指标
• 第3章 系统具体研究与实现
• 3.1 单片机系统的选型
• 3.1.1 内核流水线作业
• 3.1.2 兼容8051
• 3.1.3 片内外设丰富
• 3.1.4 可调试性好
• 3.2 双频发射及输出级设计
• 3.2.1 双频信号单片机合成
• 3.2.2 双频信号全桥式驱动输出
• 3.3 信号采集电路设计
• 3.3.1 信号输入级设计
• 3.3.2 信号滤波级设计
• 3.3.3 信号放大级设计
• 3.3.4 调零电路设计
• 3.4 数据实时性处理
• 3.4.1 发射机实时性
• 3.4.2 接收机实时性
• 3.5 无线数据传输设计
• 3.5.1 无线数传硬件设计
• 3.5.2 无线数传软件设计
• 3.5.3 通讯性能测试
• 3.5.4 测试结论
• 3.6 主程序设计
• 3.6.1 有限状态机的设计
• 3.6.2 通信协议设计
• 3.6.3 数字信号处理程序设计
• 第4章 试验应用
• 4.1 仪器对比
• 4.1.1 试验条件
• 4.1.2 试验结果对比
• 4.2 模型试验
• 4.2.1 试验条件
• 4.2.2 试验数据分析
• 4.3 实地试验
• 第5章 总结和展望
• 5.1 总结
• 5.1.1 原理技术研究
• 5.1.2 仪器研制研究
• 5.1.3 试验与完善
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间参与的工程项目和发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表