面向非开挖的双线圈磁感应透地测深系统研究

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近年来,随着电子通信、能源输送和水利水电事业的迅猛发展,非开挖技术得到了广泛的应用。随钻测量技术、定位技术和测深技术作为非开挖技术的关键技术,受到了技术人员越来越多的关注和研究。本论文围绕非开挖技术中的透地测深技术展开深入研究,搭建了高精度的测深系统。具体研究内容如下:论文首先分析了地下的电磁环境,将载有甚低频电流的含芯螺线管线圈作为地下发射天线,根据其所产生的准静态场的分布特性,利用地面接收线圈接收磁场。在此基础上,本文建立了双线圈测深模型。在实验部分中,对双线圈测深模型进行测试,结果表明双线圈测深模型可以实现透地测深,但是在噪声干扰下误差较大。为了解决双线圈测深模型在噪声干扰下误差较大的问题,本文对影响测深精度的噪声进行分析,提出了两种降低噪声干扰的方法。首先,对自适应噪声消除算法展开研究,提出了基于LMS的自适应噪声消除算法,在没有噪声先验知识的情况下实现噪声消除。然后,围绕甚低频信号的衰减特性和1/f噪声的低频特性,设计了频率选择方法,降低信号传输过程中的噪声干扰。在仿真部分,本文使用MATLAB对基于LMS的自适应噪声消除算法进行测试,结果表明当信号频率为20k Hz时,该算法可以有效提高含噪信号的信噪比。最后,本文根据双线圈测深模型设计了完整的透地测深系统,并将测深系统分为信号发射模块、信号接收模块、信号调理模块和上位机。信号发射模块采用了STM32F103加AD9834的DDS模块方案,实现了多频率甚低频信号的产生;信号调理模块采用了程控放大和二阶巴特沃兹带通滤波器的方案,实现了接收信号的滤波和放大;信号采集和处理模块采用了STM32F103和AD7606的方案,实现了三通道数据的采集;上位机采用Lab VIEW搭配MATLAB脚本的方案,实现了基于LMS的自适应噪声消除算法,并显示了测深数据。最后在实验部分,本文对系统的甚低频信号收发能力、不同环境下的降噪能力和透地测深能力进行测试,结果表明本文设计的透地测深系统有较好的降噪能力和透地测深精度。
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