轻便小型压电陶瓷震源的设计及实现

论文摘要

微地震监测技术是目前监测岩爆孕育过程中岩体微破裂发生的一种有效方法,微地震监测技术的重要目标是实现对微地震事件有效可靠的定位,但由于微地震震源具有不确定性,使得准确有效的验证当前微地震监测技术的定位效果成为难题。随着科学技术的不断发展,国外相关研究机构提出了一种主动震源微地震监测方法,希望通过该方法采用已知位置的主动震源来实时验证当前微地震监测技术的定位效果,提高微地震监测技术的实时定位精度。可控震源作为主动震源微地震监测技术中的主要使用设备之一,它在该技术中发挥着至关重要的作用,但由于目前市场上常用的可控震源均存在着一系列的问题,例如,夯击式震源价格高昂、输出信号精度不高、在我国使用量少,电火花震源操作极其繁琐、信号重复性差,液压式震源工作噪音大、破坏环境,精密机械可控震源质量重、体积大、机动性差,这些问题使得它们都无法应用于主动震源微地震监测技术。针对目前市场上的可控震源无法用于微地震监测的问题。本文提出了一种轻便小型压电陶瓷震源的设计方法,旨在研制一款适用于微地震监测领域的可控震源。本文将从轻便小型压电陶瓷震源的材料选型、工作原理以及结构设计等角度展开相关研究与设计。轻便小型压电陶瓷震源整体采用模块化分离式设计,将震源分为3个模块并逐一完成设计。首先,选用压电陶瓷材料经过相关工艺制成压电陶瓷堆栈,然后,通过外部机械结构对压电陶瓷堆栈进行封装后便制成可以产生激振力的压电陶瓷激振体。其次,采用FPGA结合DDS技术方案设计的信号发生器,可实现信号发生器的调频、调相以及调幅功能。最后,使用高压集成运放结合多组MOSFET并参考乙类功率放大电路设计功率放大器,可实现对信号发生器输出信号电压与电流的放大。最后,经过测试表明:研制的轻便小型压电陶瓷震源与其它类型的可控震源相比,优势较明显,不仅在于质量轻、体积小、机动性强,而且采用模块化分离式设计理念,使其操作更加简便,可快速安装与拆卸,极大的提高了工作效率。同时,还具有良好的可靠性,可长时间连续工作,输出信号稳定、可重复,可产生稳定的激振力。

论文目录

摘要

abstract

1 绪论

1.1 选题背景与研究意义

1.2 国内外可控震源的研究现状

1.2.1 国外可控震源的发展历史及现状

1.2.2 国内可控震源的发展历史及现状

1.3 本文的研究内容

1.4 本文的章节结构

2 轻便小型压电陶瓷震源的总体设计

2.1 总体结构与模块组成

2.2 震源工作原理

2.3 本章小结

3 压电陶瓷激振体的设计及实现

3.1 压电陶瓷材料与性质

3.1.1 压电陶瓷材料的发展历史与性质

3.1.2 压电陶瓷的极化处理

3.1.3 压电效应

3.2 压电陶瓷激振体的工作原理

3.3 压电陶瓷激振体结构设计

3.3.1 压电陶瓷堆栈

3.3.2 机械封装结构

3.4 本章小结

4 信号发生器的设计及实现

4.1 DDS技术简介

4.2 硬件电路结构

4.2.1 主控电路

4.2.2 D/A转换与低通滤波电路

4.3 软件流程设计

4.3.1 总体流程设计

4.3.2 mif文件的生成

4.3.3 系统架构设计

4.3.4 信号调频调相设计

4.4 本章小结

5 功率放大器的设计及实现

5.1 常用功率放大电路的种类

5.2 功率放大器总体设计

5.3 功率放大电路设计

5.3.1 总体结构

5.3.2 前级结构

5.3.3 后级结构

5.3.4 稳定性分析

5.3.5 相关仿真

5.4 直流供电电源设计

5.5 安全保护装置

5.6 本章小结

6 测试与分析

6.1 信号发生器的测试

6.2 功率放大器的测试

6.3 震源整体的测试

6.4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 冯文亮

导师: 李怀良,任家富

关键词: 微地震监测,轻便小型,压电陶瓷,震源,设计,方法

来源: 西南科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 地质学,地球物理学,无线电电子学

单位: 西南科技大学

分类号: TN791;P315.7

总页数: 80

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