无缆地震仪电磁兼容的设计

论文摘要

地震勘探一直是地球勘探物理中的重要手段,而地震勘探仪器是其中最不可或缺的环节。在实际的勘探过程中,恶劣的工作环境要求仪器必须满足电磁兼容性,在保证自身稳定工作的前提下还要能获得纯净不失真的地震数据,对地下构造如实解释。当前吉林大学自主研制的无缆地震仪用无线传输模块实现实时回收数据,摆脱了沉重线缆的困扰,减小了仪器体积且重量轻便,但是由于设计初期在保证功能性的同时,对内部模块和PCB整体布局方面设计不足,仪器内存在的电磁干扰影响了自身的稳定工作,现亟需对其进行电磁兼容设计。本文主要研究内容如下:首先对无缆地震仪的电磁兼容性问题从理论方面分析,先后对电磁兼容原理、电磁干扰的三要素、电磁干扰的耦合原理作出了详细的研究,通过对不同耦合方式建模和计算,提出了各自的抑制措施,为后续的设计提供了理论基础。PCB是仪器组成的关键因素,它的电磁兼容性直接关系到仪器的整体性能。通过对PCB基本结构的分析,在其层数、元器件特性和传输线三个方面总结了PCB上电磁干扰产生的原因和抑制手段;而对PCB分层、布局以及布线设计原则的引入为后续的电磁兼容设计提供了技术支撑。基于上述理论和设计原则,结合无缆地震仪的实际需求,将仪器内部结构按功能性划分,先分别从电源模块、GPS授时模块、无线传输模块、采集模块和射频模块进行了电磁兼容设计,后从PCB层面作出了优化设计。设计完成后,对设计的PCB板进行了模拟仿真及优化,在对电磁兼容指标测试计算后,又对屏蔽效果进行了测试,最后在实际的压裂监测过程中,测试了仪器的整体性能,验证了仪器具有良好的电磁兼容性。

论文目录

摘要

abstract

第1章绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究内容及组织结构

第2章电磁兼容基本原理分析

2.1 电磁兼容基本概念

2.2 电磁干扰三要素

2.3 辐射耦合

2.3.1 波阻抗与场区的划分

2.3.2 电偶极子的电磁辐射

2.3.3 磁偶极子的电磁辐射

2.4 传导耦合

2.4.1 电阻性耦合

2.4.2 电容性耦合

2.4.3 电感性耦合

2.5 本章小结

第3章 PCB的电磁兼容设计

3.1 PCB的基本结构

3.1.1 PCB的类型

3.1.2 PCB的元器件特性

3.1.3 PCB传输线的类型

3.2 天线效应

3.3 PCB的电磁兼容设计原则

3.3.1 分层原则

3.3.2 布局原则

3.3.3 布线原则

3.4 本章小结

第4章无缆地震仪的电磁兼容设计

4.1 电源模块电磁兼容设计

4.2 GPS授时模块电磁兼容设计

4.3 无线传输模块电磁兼容设计

4.4 采集模块电磁兼容设计

4.5 射频模块电磁兼容设计

4.6 PCB电磁兼容设计

4.7 本章小结

第5章无缆地震仪的仿真优化、测试及分析

5.1 无缆地震仪PCB电磁兼容性仿真和优化

5.1.1 PCB的电磁兼容性仿真与分析

5.1.2 PCB的电磁兼容性优化与分析

5.2 无缆地震仪电磁兼容性的指标测试

5.2.1 噪声水平的测试

5.2.2 动态范围的计算

5.3 屏蔽效果测试

5.4 野外实验测试

5.5 本章小结

第6章总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

作者简介及科研成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张子罡

导师: 陈祖斌

关键词: 地震仪,无缆,电磁兼容,电磁干扰

来源: 吉林大学

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: 吉林大学

分类号: TN03;P631.43

总页数: 73

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