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电动陀螺仪的研究与开发

电动陀螺仪的研究与开发

作者：许洋铖吉林大学

学位级别：硕士

本文着重介绍了为短程火箭弹提供滚转速度和滚转角度测定的电动陀螺仪的工作原理及其组成结构。在文中对陀螺仪各部分的控制,包括转子和光电编码器的控制进行了详细的阐述。在介绍陀螺仪原理的基础上研究了各部分组装过程中的摩擦带来... 详细信息

本文着重介绍了为短程火箭弹提供滚转速度和滚转角度测定的电动陀螺仪的工作原理及其组成结构。在文中对陀螺仪各部分的控制,包括转子和光电编码器的控制进行了详细的阐述。在介绍陀螺仪原理的基础上研究了各部分组装过程中的摩擦带来的影响,介绍了减少漂移的方法。在陀螺转子部分,在全面分析研究了无位置传感器无刷直流电动机工作原理及换向方法的的基础上,细致阐述了反电势交叉过零检测,相位判断及其相位沿时的方法。系统采用XC164CM 16位单片机进行调速控制.为提高电机的转速精度,采用数字PID算法进行精确控制,进一步提高了陀螺仪的稳定工作程度。在火箭弹滚转速度测试部分,为减小摩擦给陀螺仪带来的影响以及提高火箭弹滚转速度测量精度,采用了增量式光电编码器,文中详细介绍了增量式光电编码器的工作原理及其软硬件设计,以及安装过程中的误差及其补偿。本陀螺仪是针对短程火箭弹的工作状态反馈而设计的。它要求陀螺仪漂移小,电机启动速度快,稳速转动时精度高,光电编码器输出脉冲稳定,角度速度输出准确。从仿真和原理样机实测波形来看,该陀螺仪结构简单,实用性强,工作稳定。满足设计要求。

关键词：电动陀螺仪无位置传感器无刷直流电机单片机光电编码器数字PID控制

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地面瞬变电磁勘查煤矿水害的能力分析

矿业安全与环保 2014年第5期41卷 43-46页

作者：许洋铖中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400039

在瞬变电磁实际探测中仅以探测深度作为唯一条件,来片面衡量瞬变电磁仪器对目标水体的探测能力,具有一定的局限性。分析了判断瞬变电磁系统对目标体探测能力的必要条件,提出根据仪器参数、目标水体参数,采用三维有限差分方法计算出目标... 详细信息

在瞬变电磁实际探测中仅以探测深度作为唯一条件,来片面衡量瞬变电磁仪器对目标水体的探测能力,具有一定的局限性。分析了判断瞬变电磁系统对目标体探测能力的必要条件,提出根据仪器参数、目标水体参数,采用三维有限差分方法计算出目标水体大地、背景大地二次感应电压;结合背景噪声,计算出有效探测时间;再通过比较有效探测时间内仪器分辨率与感应电压绝对差的大小,判断能否分辨出目标水体。采用该方法分析了EMRS-3型瞬变电磁仪对含水陷落柱、含水巷道、含水采空区、含水层模型的探测能力,验证了方法的正确性。

关键词：瞬变电磁煤矿水害探测能力感应电压绝对差

基于双通道数据合成的矿用本安型瞬变电磁仪研制

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矿业安全与环保 2015年第3期42卷 31-33,46页

作者：许洋铖中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400039

由于瞬变电磁技术对水体反应灵敏,已被应用于煤矿井下水害探测。在远距离超前探测时,要求瞬变电磁仪具有抗干扰发射、大动态低噪声采集和防爆设计等特点。为此,研制了双极性发射系统,通过工频整数倍正负发射压制工频干扰;研制了双通道... 详细信息

由于瞬变电磁技术对水体反应灵敏,已被应用于煤矿井下水害探测。在远距离超前探测时,要求瞬变电磁仪具有抗干扰发射、大动态低噪声采集和防爆设计等特点。为此,研制了双极性发射系统,通过工频整数倍正负发射压制工频干扰;研制了双通道同步放大滤波、双模/数同步采集、双通道数据硬件合成电路,实现大动态范围压噪采集;为保证安全使用,对电源输出进行过流、短路和反接保护。最后通过对充水采空区的探测,验证了仪器的准确性。

关键词：矿用瞬变电磁仪双极性发射双通道数据合成电源保护

对瞬变电磁测深几个问题的思考(三)--瞬变电磁场关断效应及全期视电阻率的普适算法

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煤田地质与勘探 2017年第4期45卷 131-134页

作者：陈明生许洋鋮中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400039

首先给出瞬变电磁(TEM)场卷积计算式,并将关断电流变化率函数看成冲击函数,垂直阶跃脉冲激发的场分量看成输入信号,卷积结果就是任意形状关断电流的TEM响应。把电流激发脉冲看成是许多垂直阶跃函数的叠加,通过叠加这些阶跃函数的响应求... 详细信息

首先给出瞬变电磁(TEM)场卷积计算式,并将关断电流变化率函数看成冲击函数,垂直阶跃脉冲激发的场分量看成输入信号,卷积结果就是任意形状关断电流的TEM响应。把电流激发脉冲看成是许多垂直阶跃函数的叠加,通过叠加这些阶跃函数的响应求得任意电流脉冲激发的瞬变电磁响应。当已知TEM场的实测值和关断电流形状,就可按编程的方法计算全期视电阻率。文中给出了2个斜坡关断电流激发的电偶极源TEM垂直磁场算例,一个为均匀半空间的响应及其全期视电阻率,另一个为三层K型地电断面的响应及其全期视电阻率。

关键词：电流激发脉冲瞬变电磁场关断效应卷积叠加全期视电阻率

基于最小二乘多项式分段拟合的全区时间域电磁视电阻率直接计算

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煤炭学报 2019年第S01期44卷 214-219页

作者：张军刘百祥吴燕清袁永榜许洋铖中南大学地球科学与信息物理学院湖南长沙410083 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400039 重庆大学资源及环境科学学院重庆400044 中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室湖南长沙410083

时间域电磁视电阻率计算中,由于感应电压与视电阻率的关系是非单调函数,无法通过感应电压直接计算。现有方法主要是晚期视电阻率近似计算法、核函数逐步逼近法和核函数平移法。晚期视电阻近似计算法在早期和中期产生计算误差;核函数逼... 详细信息

时间域电磁视电阻率计算中,由于感应电压与视电阻率的关系是非单调函数,无法通过感应电压直接计算。现有方法主要是晚期视电阻率近似计算法、核函数逐步逼近法和核函数平移法。晚期视电阻近似计算法在早期和中期产生计算误差;核函数逼近法需要多次逐步计算逼近目标电阻率,计算时间较长;核函数平移法需要通过插值方式计算各时间道所对应的实测截距在理论截距曲线上对应的时间,再根据感应电压衰减曲线的伸缩特性计算出视电阻率,技术较为复杂。为了提高计算精度,缩短计算时间,根据核函数表达式在视电阻率计算中保持不变的特点,提出基于最小二乘多项式拟合的全区时间域电磁视电阻率计算方法。采用高阶最小二乘多项式拟合核函数左右2支的反函数,推导出视电阻率多项式拟合直接计算式。为了降低拟合算法的跨度,调和数量级所导致的大数吃小数问题,避免因动态范围太大影响无法直接拟合,进行对数变换来降低动态范围,达到增加拟合效果和提高计算精度。建立均匀半空间、层状大地模型,采用12阶多项式进行拟合计算并通过MATLAB语言编程实现,对比分析核函数二分逐步逼近法和对数变换最小二乘多项式拟合计算的视电阻率和2种方法各自的计算时间,最后结合现场已知采空积水区试验,通过数值模型和实测数据验算了方法的正确性。研究表明:基于最小二乘多项式分段拟合的全区时间域电磁视电阻率计算方法能够正确计算视电阻率,与模型和实际情况基本一致;与核函数二分逐步逼近法相比,本方法利用对数变换,计算速度提高近5倍,缩短了计算时间。

关键词：时间域电磁全区视电阻率最小二乘多项式拟合

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航空时间域电磁法回线源有限差分初始场计算

电波科学学报 2010年第2期25卷 259-264,404页

作者：许洋铖林君嵇艳鞠巩源峰关珊珊吉林大学仪器科学与电气工程学院/地球信息探测仪器教育部重点实验室吉林长春130025

针对时间域回线源航空电磁有限差分法初始场中双重贝塞尔函数的数值计算,通过分析回线积分法、宗量近似法和贝塞尔函数展开法的特点,提出将贝塞尔函数展开与小宗量近似相结合的混合法,并用共求解全部空间的初始电磁场,不仅计算速度快,... 详细信息

针对时间域回线源航空电磁有限差分法初始场中双重贝塞尔函数的数值计算,通过分析回线积分法、宗量近似法和贝塞尔函数展开法的特点,提出将贝塞尔函数展开与小宗量近似相结合的混合法,并用共求解全部空间的初始电磁场,不仅计算速度快,而且精度高,满足有限差分对计算时间和计算精度的要求,为计算全空间复杂地质异常体电磁响应奠定了基础。

关键词：时间域有限差分航空电磁法初始场回线源混合法

差分分时放大可拆卸式矿井瞬变电磁天线的研制

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矿业安全与环保 2014年第4期41卷 29-31页

作者：许洋铖吴燕清张磊中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400039

由于瞬变电磁技术对水体反应灵敏,已被广泛应用于煤矿井下水害的探测。该技术要求天线携带方便,激发的二次场能量强,接收天线动态范围大,在探测过程中天线不发生形变。分析了二次场与发射天线的关系,通过实验获得发射天线最佳参数;采用... 详细信息

由于瞬变电磁技术对水体反应灵敏,已被广泛应用于煤矿井下水害的探测。该技术要求天线携带方便,激发的二次场能量强,接收天线动态范围大,在探测过程中天线不发生形变。分析了二次场与发射天线的关系,通过实验获得发射天线最佳参数;采用差分分时放大滤波技术,扩大接收天线动态范围,压制外部噪声;采用可拆卸式硬质支架,防止天线在探测过程中产生形变。通过现场试验,验证了天线的准确性。

关键词：矿井瞬变电磁煤矿水害天线差分分时放大

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斜阶跃波层状介质航空瞬变电磁响应数值计算

吉林大学学报（地球科学版） 2012年第S1期42卷 435-440页

作者：关珊珊林君嵇艳鞠许洋铖万玲王远吉林大学仪器科学与电气工程学院/地球信息探测仪器教育部重点实验室长春130026

目前,航空瞬变电磁方法数据解释主要采用阶跃波均匀半空间模型计算视电导率值,而实际航空电磁系统发射波形的下降沿多为斜阶跃,导致解释时计算的视电导率值存在较大偏差。为此,笔者研究了航空瞬变电磁系统发射电流为斜阶跃时的电磁响应... 详细信息

目前,航空瞬变电磁方法数据解释主要采用阶跃波均匀半空间模型计算视电导率值,而实际航空电磁系统发射波形的下降沿多为斜阶跃,导致解释时计算的视电导率值存在较大偏差。为此,笔者研究了航空瞬变电磁系统发射电流为斜阶跃时的电磁响应数值计算,将发射波形进行拉氏变换,利用G-S逆拉氏变换与241点汉克尔变换相结合的方法,实现斜阶跃波关断后的层状大地模型航空瞬变电磁响应计算;并对均匀半空间和层状大地模型下,不同关断时间和不同飞行高度对电磁响应的影响进行分析。得出结论:不同关断时间,关断后取样延时2 ms时,均匀半空间电磁响应的平均偏差为27.78%,三层模型的平均偏差为32.16%;当飞行高度从20 m增加到60 m时,均匀半空间和三层模型的感应电动势分别减小了43.6%和83.2%。

关键词：斜阶跃波航空瞬变电磁响应关断时间飞行高度层状大地拉普拉斯变换

井下瞬变电磁仪硬件对致灾水体分辨能力的评估

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煤田地质与勘探 2021年第4期49卷 40-48页

作者：赵钟南许洋铖吴燕清谭青青康跃明王耀重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044 重庆邮电大学先进制造工程学院重庆400065

井下瞬变电磁随掘探测技术是探测掘进面前方致灾水体的有效方法,从硬件方面评估仪器对致灾水体的分辨能力,是仪器能够在井下正确使用的重要手段。通过比较二次场绝对差和仪器分辨率、叠加后背景噪声之间的大小关系,分析含水致灾体识别... 详细信息

井下瞬变电磁随掘探测技术是探测掘进面前方致灾水体的有效方法,从硬件方面评估仪器对致灾水体的分辨能力,是仪器能够在井下正确使用的重要手段。通过比较二次场绝对差和仪器分辨率、叠加后背景噪声之间的大小关系,分析含水致灾体识别的硬件条件和评估依据;提出从硬件方面评估井下瞬变电磁对致灾水体分辨能力的计算方法:根据致灾水体结构建立三维地质模型,推导梯形波关断与负阶跃波关断二次场感应电压的关系,在GPU上采用全空间三维有限差分并行算法计算了致灾水体二次场响应;测量某瞬变电磁仪的关断时间和综合噪声,根据致灾水体的硬件分辨依据,从硬件方面评估井下瞬变电磁仪对导水陷落柱、充水采空区的分辨能力。为井下瞬变电磁探测仪器的研制和现场准确探测提供技术参考,具有重大的研究意义。

关键词：瞬变电磁致灾水体分辨能力 FDTD 并行计算