基于旋转法的井中磁梯度张量测量系统研制

论文摘要

随着地表浅层矿产资源的逐渐枯竭,寻找深部矿和隐伏矿成为解决资源危机的紧迫任务。井中磁测由于探头深入地下,远离地表磁性物质干扰,更加靠近地下深部矿产,十分适合寻找深部矿和隐伏矿。井中磁测从磁总场、磁三分量测量,逐渐向磁梯度张量测量方向发展,磁梯度张量具有信息丰富、受地磁场影响小等优点,在寻找和定位深部矿和隐伏矿方面更具有优势。旋转调制法是一种新颖的张量测量方法,有别于传统差分式磁梯度张量系统,在旋转法张量测量过程中,磁传感器绕旋转轴按一定转速进行旋转,将有用信息调制到指定频点,利用泰勒展开公式和傅立叶分析的方法,从频率域对信号进行分析,提取指定频率信号的特征,从而得到磁梯度张量。旋转法磁梯度张量测量系统能够利用两个甚至一个单轴磁传感器来获取全部张量信息,传感器数量减少,能简化系统的复杂度,对于张量测量系统的实现、系统优化、误差校正等具有重大意义。除此之外,旋转法张量测量可以通过增加旋转坐标系的个数来测量高阶张量,从而得到更加丰富的磁场信息,对于拓宽张量测量研究方向和进行高阶张量测量具有重大的积极意义。论文从理论推导旋转法测量原理出发,分析和仿真验证了旋转法测量原理的可行性和先进性,然后根据旋转法测量原理设计和搭建磁梯度张量测量系统,包括旋转运动机械结构设计、运动控制与数据采集电路设计、仪器坐标系与大地坐标系对准模块设计和系统交互软件设计等,完成基于旋转法的磁梯度张量测量系统的搭建。最后设计和实施相关实验,并对实验结果进行分析。设计磁偶极子实验,通过分析实验数据并与仿真数据进行对比,验证旋转法张量测量系统的正确性;设计地下磁层模拟实验,模拟张量测量系统测井时穿过地下磁层的情况,为野外井中磁测和数据处理打下基础;设计旋转法与差分法磁通门张量系统的对比实验,实验结果说明了旋转法张量测量系统的实用性;设计张量不变量校正实验对张量系统进行误差校正,改善系统精度,校正后张量模值的改善比达到3.74;进行旋转法磁梯度张量系统分辨率测试实验,旋转法张量系统的分辨率能够达到8.76n T/m;最后进行井中探测实验,证明仪器具有实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究意义及背景
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 论文研究内容及本文结构
• 第2章 旋转法磁梯度张量测量系统测量原理与总体设计
•   2.1 旋转法磁梯度张量测量原理
•     2.1.1 磁梯度张量
•     2.1.2 旋转法测量原理
•     2.1.3 旋转法测量原理仿真
•   2.2 旋转法磁梯度张量测量系统总体设计
•   2.3 本章小结
• 第3章 旋转法磁梯度张量测量系统结构设计与硬件实现
•   3.1 双轴旋转运动机械结构设计
•     3.1.1 双轴旋转运动机械结构总体设计
•     3.1.2 旋转头部分设计
•     3.1.3 底座部分设计
•     3.1.4 扣接外壳设计
•   3.2 控制与采集系统电路设计
•     3.2.1 控制与采集系统总体设计
•     3.2.2 TMS470 主控模块
•     3.2.3 步进电机及其驱动模块
•     3.2.4 传感器信号调理模块
•     3.2.5 ADS1274 模块
•     3.2.6 电源模块
•   3.3 仪器坐标系与大地坐标系对准模块设计
•   3.4 本章小结
• 第4章 旋转法磁梯度张量测量系统交互软件设计
•   4.1 旋转运动控制
•   4.2 人机交互设计
•   4.3 数据存储设计
•   4.4 数据处理设计
•   4.5 本章小结
• 第5章 旋转法磁梯度张量测量系统实验分析
•   5.1 磁偶极子运动实验
•   5.2 模拟地下磁层实验
•   5.3 旋转法与差分法张量仪对比实验
•   5.4 张量不变量校正实验
•   5.5 张量系统分辨率测试实验
•   5.6 井中实验
•   5.7 本章小结
• 第6章 总结与展望
•   6.1 全文总结
•   6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 夏争辉

导师: 随阳轶

关键词: 井中磁测,磁梯度张量,旋转法张量测量原理

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,地球物理学,矿业工程

单位: 吉林大学

分类号: P631.2

总页数: 69

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