專利名稱：用于物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種陣列式天線，尤其是一種用于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(shù)：
我國在公路、鐵路、水電等領(lǐng)域在建或即將修建的深埋長大隧道數(shù)量巨大。隧道施工過程中可能遇到的突水、突泥等地質(zhì)災害給施工安全帶來了很大的安全隱患并可能導致巨大的經(jīng)濟損失。因此，為保證隧道施工的安全，減輕突水突泥等地質(zhì)災害的影響，對隧道含水構(gòu)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(zhì)預報和含水構(gòu)造探查中得到了廣泛應用，并取得了一定的效果。由于在隧道內(nèi)進行測量涉及的環(huán)境比較復雜，比如，較地面導電半空間環(huán)境，隧道內(nèi)既不是導電全空間環(huán)境又不是導電半空間環(huán)境，而是在導電全空間環(huán)境中存在一不導電柱體(隧道腔體)，同時隧道內(nèi)還存在各種干擾，例如鋼拱架、錨桿、施工機械等，因而需要對隧道瞬變電磁超前探測的規(guī)律和效果進行分析。進行大型物理模擬試驗是分析這類復雜問題的一種有效途徑。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供了一種用于物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線；發(fā)射天線和接收天線采用不同的特殊繞制方法制作，具有數(shù)據(jù)采集效率高，能夠適應市面上現(xiàn)有的單通道和三通道的儀器以及后續(xù)可能出現(xiàn)的多通道儀器，采集的數(shù)據(jù)是三維立體數(shù)據(jù)，為進一步的三維成像研究提供基本數(shù)據(jù)。本實用新型的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種用于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(fā)射天線、接收天線，發(fā)射天線與發(fā)射機連接，接收天線與接收機通過接收天線自適應多通道采集裝置連接，所述發(fā)射天線、接收天線分別固定在電絕緣材料的發(fā)射天線支撐骨架、接收天線支撐骨架上，所述發(fā)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(fā)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(fā)射天線為正方形。所述發(fā)射天線支撐骨架、接收天線支撐骨架采用塑料、或木材，電絕緣固定裝置為圓柱形木板，發(fā)射天線支撐骨架設有內(nèi)孔，與接收天線支撐骨架連接的圓柱形木板與發(fā)射天線支撐骨的內(nèi)孔配合連接。發(fā)射天線采用直徑2.5mm的漆包線并行纏繞、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≤4.0Χ10-3 Ω/m。發(fā)射天線漆包線的匝數(shù)根據(jù)公式M=Ii1 X I X L2確定，其中M為發(fā)送磁矩，Ii1為匝數(shù)，I為發(fā)送電流，L為正方形發(fā)送天線邊長，。[0010]接收天線采用直徑Imm的兩股漆包線并行纏繞、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0.9Ω/πι。接收天線采用正方形、或者圓形。接收天線中漆包線的匝數(shù)根據(jù)公式為S=II2XStl確定，其中S為等效接收面積，n2為匝數(shù)，S0為接收天線的面積，。所述接收天線自適應多通道采集裝置包括處理器、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管的基極連接，三極管的發(fā)射極接地，三極管的集電極通過繼電器與直流電源連接置高電平，前級轉(zhuǎn)換開關(guān)與接收機輸入端連接，后級轉(zhuǎn)換開關(guān)置于空信號，繼電器的雙置開關(guān)一端通過第一觸點將前級轉(zhuǎn)換開關(guān)與后級轉(zhuǎn)換開關(guān)連接、通過第二觸點將前級轉(zhuǎn)換開關(guān)與接收天線信號輸入連接，繼電器與二極管并聯(lián)，處理器與電源連接。本實用新型的工作原理:本實用新型的有益效果:1.發(fā)射天線和接收天線能夠在進行大型物理模擬試驗時實現(xiàn)瞬變電磁超前探測信號的陣列式采集，數(shù)據(jù)采集效率高，初步估算單次數(shù)據(jù)采集所用時間為原方法的1/3 ；2.能夠適應市面上現(xiàn)有的單通道和三通道的儀器以及后續(xù)可能出現(xiàn)的多通道儀器，最多設置為9道；3.采集的數(shù)據(jù)是三維立體數(shù)據(jù)，為進一步的三維成像研究提供基本數(shù)據(jù)，在大型物理模擬試驗中進行應用、分析規(guī)律，按照一定的比例放大后可以直接應用于實際生產(chǎn)。

圖1為本實用新型陣列式天線正面設計圖及裝配`[0019]圖2為本實用新型陣列式天線發(fā)射部分側(cè)面設計圖圖3為本實用新型陣列式天線接收部分側(cè)面設計圖；圖4為本實用新型接收天線自適應多通道采集裝置電路圖；其中，1、發(fā)射天線，2、接收天線，3、接收天線支撐骨架，4、發(fā)射天線支撐骨架，5、電絕緣固定裝置。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明。結(jié)合圖1至圖4，一種用于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(fā)射天線1、接收天線2,發(fā)射天線I與發(fā)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采集裝置連接，所述發(fā)射天線1、接收天線2分別固定在電絕緣材料的發(fā)射天線支撐骨架4、接收天線支撐骨架3上，發(fā)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(fā)射天線I為正方形。所述發(fā)射天線支撐骨架4、接收天線支撐骨架5采用塑料、或木材，電絕緣固定裝置5為厚度為5cm的圓柱形木板，發(fā)射天線支撐骨架4設有內(nèi)孔，與接收天線支撐骨架3連接的圓柱形木板與發(fā)射天線支撐骨4的內(nèi)孔配合連接。接收天線支撐骨架3采用IOcmX IOcm的木質(zhì)骨架；發(fā)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(fā)射天線采用直徑2.5mm的漆包線纏繞，漆包線的電阻不應超過4.0X 10_3Ω/πι，繞制過程中，發(fā)射天線采用漆包線并行纏繞、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(fā)射天線漆包線的匝數(shù)應按照實際需要的發(fā)送磁矩確定，其計算公式為M=II1XIXL2,其中M為發(fā)送磁矩，H1為匝數(shù)，I為發(fā)送電流，L為正方形發(fā)送天線邊長。本例給出的發(fā)送天線尺寸為1.2mX 1.2m正方形，發(fā)射天線必須為正方形。接收天線采用直徑Imm的漆包線纏繞，漆包線的電阻不應小于0.9 Ω /m,接收天線采用兩股漆包線并行纏繞、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。接收天線采用正方形、或者圓形。接收天線中漆包線的匝數(shù)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(shù)，Stl為接收天線的面積。本例給出的接收天線尺寸為0.15mX0.15m的正方形，還可以設置為圓形。所述接收天線自適應多通道采集裝置包括處理器、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管的基極連接，三極管的發(fā)射極接地，三極管的集電極通過繼電器與直流電源高電平連接，前級轉(zhuǎn)換開關(guān)與接收機輸入端連接，后級轉(zhuǎn)換開關(guān)置于空信號，繼電器的雙置開關(guān)一端通過第一觸點將前級轉(zhuǎn)換開關(guān)與后級轉(zhuǎn)換開關(guān)連接、通過第二觸點將前級轉(zhuǎn)換開關(guān)與接收天線信號輸入連接，繼電器與二極管并聯(lián)，處理器與電源連接。處理器接收工作指令后，P13引腳觸發(fā)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(jù)采用的接收機型號和通道數(shù)選擇接收天線自適應多通道采集裝置的工作參數(shù)，以適應快速自動采集。上述雖然結(jié)合附圖對實用新型的具體實施方式
進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應該明白，在本實用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種用于物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線，其特征是，包括發(fā)射天線、接收天線，發(fā)射天線與發(fā)射機連接，接收天線與接收機通過接收天線自適應多通道采集裝置連接，所述發(fā)射天線、接收天線分別固定在電絕緣材料的發(fā)射天線支撐骨架、接收天線支撐骨架上，所述發(fā)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(fā)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(fā)射天線為正方形。
2.如權(quán)利要求1所述的用于物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線，其特征是，所述發(fā)射天線支撐骨架、接收天線支撐骨架采用塑料、或木材，電絕緣固定裝置為圓柱形木板，發(fā)射天線支撐骨架設有內(nèi)孔，與接收天線支撐骨架連接的圓柱形木板與發(fā)射天線支撐骨的內(nèi)孔配合連接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線，其特征是，所述發(fā)射天線采用直徑2.5mm的兩股漆包線并行纏繞、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(quán)利要求3所述的用于物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線，其特征是，所述發(fā)射天線漆包線的匝數(shù)根據(jù)公式M=Ii1XIXL2確定，其中M為發(fā)送磁矩，Ii1為匝數(shù)，I為發(fā)送電流，L為正方形發(fā)送天線邊長。
5.如權(quán)利要求1或2所述的用于物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線，其特征是，所述接收天線采用直徑Imm的兩股漆包線并行纏繞、兩股漆包線之間緊貼在一起，漆包線的電阻≥0.9Ω/πι。
6.如權(quán)利要求5所述的用于物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線，其特征是，所述接收天線采用正方形或者圓形。
7.如權(quán)利要求6所述 的用于物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線，其特征是，所述接收天線中漆包線的匝數(shù)根據(jù)公式為S=Ii2XStl確定，其中S為等效接收面積，η2為匝數(shù)，S0為接收天線的面積。
8.如權(quán)利要求1所述的用于物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線，其特征是，所述接收天線自適應多通道采集裝置包括處理器、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管的基極連接，三極管的發(fā)射極接地，三極管的集電極通過繼電器與直流電源高電平連接，前級轉(zhuǎn)換開關(guān)與接收機輸入端連接，后級轉(zhuǎn)換開關(guān)置于空信號，繼電器的雙置開關(guān)一端通過第一觸點將前級轉(zhuǎn)換開關(guān)與后級轉(zhuǎn)換開關(guān)連接、通過第二觸點將前級轉(zhuǎn)換開關(guān)與接收天線信號輸入連接，繼電器與二極管并聯(lián)，處理器與電源連接。
專利摘要本實用新型公開了一種用于物理模擬試驗的隧道瞬變電磁超前探測陣列式天線，其特征是，包括發(fā)射天線、接收天線，發(fā)射天線與發(fā)射機連接，接收天線與接收機通過接收天線自適應多通道采集裝置連接，所述發(fā)射天線、接收天線分別固定在電絕緣材料的發(fā)射天線支撐骨架、接收天線支撐骨架上，所述發(fā)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(fā)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(fā)射天線為正方形；發(fā)射天線和接收天線采用不同的特殊繞制方法制作，具有數(shù)據(jù)采集效率高，能夠適應市面上現(xiàn)有的單通道和三通道的儀器以及后續(xù)可能出現(xiàn)的多通道儀器，采集的數(shù)據(jù)是三維立體數(shù)據(jù)，為進一步的三維成像研究提供基本數(shù)據(jù)。
文檔編號H01Q1/12GK203039084SQ201320040838
公開日2013年7月3日 申請日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者李術(shù)才, 孫懷鳳, 李貅, 郝亭宇, 劉斌, 聶利超, 蘇茂鑫, 劉征宇, 宋杰, 薛翊國 申請人:山東大學