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一种地下工程整体SREMP磁场环境测量系统及方法

文献发布时间：2023-06-19 11:49:09

技术领域

本发明涉及电磁测量领域，具体涉及一种地下工程整体SREMP磁场环境测量系统及方法。

背景技术

已知的，SREMP(Source Region Electromagnetic Pulse，源区核电磁脉冲)磁场频率低、强度高、能量大，对岩土介质穿透性强，能通过多种途径进入地下工程内部，干扰或毁伤工程内部电气设备。大型地下工程规模大、被覆厚薄不均匀、内部结构复杂、电磁耦合途径多样，难以通过仿真精确评估其内部SREMP磁场环境；室内大型SREMP环境模拟器也由于尺寸、成本、架设难度等限制无法应用至现场实测。由于缺乏测量系统，大型地下工程整体SREMP磁场环境的实测至今无法开展。那么如何提供一种地下工程整体SREMP磁场环境测量系统及方法就成了本领域技术人员的长期技术诉求。

发明内容

为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种地下工程整体SREMP磁场环境测量系统及方法，本发明为大型地下工程整体SREMP磁场环境实测评估提供科学有效的测量系统及测量方法，可为人防工程、城市综合管廊系统、城市地铁系统等大型地下工程整体SREMP磁场环境实测评估提供设备支撑等。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种地下工程整体SREMP磁场环境测量系统，包括连续波电流源、功率放大器、大型天线、匹配器、磁场传感器、数据采集仪和信号处理终端，所述大型天线布设在地面上，大型天线连接匹配器，所述匹配器连接功率放大器，所述功率放大器连接连续波电流源，大型天线通过无线信号连接设置在地下工程内部的磁场传感器，所述磁场传感器连接数据采集仪，所述数据采集仪连接信号处理终端形成所述的地下工程整体SREMP磁场环境测量系统。

所述的地下工程整体SREMP磁场环境测量系统，所述连续波电流源为系统输入提供稳定的连续波。

所述的地下工程整体SREMP磁场环境测量系统，所述连续波电流源的工作频带为1kHz～200kHz，正弦连续波，频率调节分辨率为1kHz，谐波失真度低于0.5％，接地要求低于15Ω。

所述的地下工程整体SREMP磁场环境测量系统，所述功率放大器将连续波功率放大后输入天线系统，功率能调节，以保证大型天线辐射稳定的感应场，功率放大器的工作频带为1kHz～200kHz，连续输出功率为1W～1kW，功率调节分辨率为1W。

所述的地下工程整体SREMP磁场环境测量系统，所述匹配器根据大型天线接地阻抗自动匹配至相近的阻抗档位，以提高功率放大器的输出效率，匹配器的工作频带为1kHz～200kHz。

所述的地下工程整体SREMP磁场环境测量系统，所述大型天线贴地布放，辐射低频感应磁场，大型天线的长度拼接后为1000m～5000m，单段长度为100m，驻波比低于5％。

所述的地下工程整体SREMP磁场环境测量系统，所述磁场传感器为低频磁场接收设备，磁场传感器的工作频率为1kHz～100kHz，灵敏度为122mV/nT。

所述的地下工程整体SREMP磁场环境测量系统，所述数据采集仪将磁场传感器接收到的连续波低频磁场信号采集并存储，数据采集仪的采样率为384kHz，模拟输入范围为±10V。

所述的地下工程整体SREMP磁场环境测量系统，所述信号处理终端对采集到的连续波低频磁场信号进行后期处理，信号处理终端的采样率为384kHz，模拟输入范围为±10V。

一种地下工程整体SREMP磁场环境测量方法，所述测量方法具体包括如下步骤：

第一步、首先将连续波电流源、功率放大器、大型天线、匹配器、磁场传感器、数据采集仪和信号处理终端连接后布放至大型地下工程，大型天线贴地布放于地下工程上方；

第二步、连续波电流源和功率放大器开机预热；

第三步、连续波电流源发射不同频率的连续波信号，并使用磁场传感器和数据采集仪接收采集工程内外的低频磁场信号；

第四步、将采集到的信号使用信号处理终端按如下方式处理：

A、磁感应强度衰减量计算：

地下工程内部某一点P位置处在频率为f的入射连续波作用下的磁场频域衰减量表示为：

其中，S

B、由连续波波实测衰减量估计脉冲波响应：

地下工程被覆层整体视为一个大型屏蔽结构；若将电磁波进入地下工程的过程视为一个信号传输系统，显然它是一个因果线性系统或弱非线性系统，设SREMP磁场时域函数为x(t)，经过一个系统后输出为y(t)，设系统的传递函数为h(t)，则有

Y(ω)＝X(ω)H(ω)

其中Y(ω)、X(ω)和H(ω)分别是x(t)、y(t)和h(t)的傅里叶变换，H(ω)是系统的频域响应，写成幅度和相位的形式为

H(ω)＝|H(ω)|e

|H(ω)|为幅频特性，e

对于一个因果线性系统来说，无论输入信号如何，时域传递函数h(t)是固定不变的，地下工程被覆层视为因果线性系统，其相频特性任意选择，但满足最小相位条件的相频特性是唯一的，设一个因果线性系统的频域响应为H(ω)，则

H(ω)＝H

其中H(ω)的实部H

ln(H(ω))＝ln|H(ω)|+jθ(ω)

则ln|H(ω)|与相角θ(ω)也满足Hilbert变换关系，即

θ(ω)＝-Hilbert(ln|H(ω))

因此，由|H(ω)|即可估计得到θ(ω)，进而计算得到H(ω)，由

h(t)＝F

其中F

第五步、最后系统运行结束，各设备关机。

采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：

本发明将磁场传感器接收到的连续波低频磁场信号采集并存储，然后对采集到的连续波低频磁场信号进行后期处理，为大型地下工程整体SREMP磁场环境实测评估提供科学有效的测量系统及测量方法，可为人防工程、城市综合管廊系统、城市地铁系统等大型地下工程整体SREMP磁场环境实测评估提供设备支撑等，本发明具有结构简便，操作方便，使用效果好等特点，适合大范围的推广和应用。

附图说明

图1为本发明实施例中测量系统的组织架构图；

图2为本发明实施例中测量系统的布设图；

图3为本发明实施例中测量方法流程图。

具体实施方式

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；

结合附图1～3所述的一种地下工程整体SREMP磁场环境测量系统，包括连续波电流源、功率放大器、大型天线、匹配器、磁场传感器、数据采集仪和信号处理终端，如图1所示，所述大型天线布设在地面上，大型天线连接匹配器，所述匹配器连接功率放大器，所述功率放大器连接连续波电流源，大型天线通过无线信号连接设置在地下工程内部的磁场传感器，所述磁场传感器连接数据采集仪，所述数据采集仪连接信号处理终端形成所述的地下工程整体SREMP磁场环境测量系统。

具体实施时，所述连续波电流源为系统输入提供稳定的连续波，其技术指标如下：

所述功率放大器将连续波功率放大后输入天线系统，功率能调节，以保证大型天线辐射稳定的感应场，其技术指标如下：

所述匹配器根据大型天线接地阻抗自动匹配至相近的阻抗档位，以提高功率放大器的输出效率，其技术指标如下：

所述大型天线贴地布放，辐射低频感应磁场，其技术指标如下：

所述磁场传感器为低频磁场接收设备，其技术指标如下：

所述数据采集仪将磁场传感器接收到的连续波低频磁场信号采集并存储，其技术指标如下：

所述信号处理终端对采集到的连续波低频磁场信号进行后期处理，其技术指标如下：

一种地下工程整体SREMP磁场环境测量方法，所述测量方法的流程图如图3所示，实施时，测量方法具体包括如下步骤：

第一步、首先将连续波电流源、功率放大器、大型天线、匹配器、磁场传感器、数据采集仪和信号处理终端连接后布放至大型地下工程，布放方式如图2所示，大型天线贴地布放于地下工程上方；

第二步、连续波电流源和功率放大器开机预热，预热时间为10分钟；