抗干扰质子旋进磁力仪的研制

发布时间：2017-06-08 16:02

  本文关键词：抗干扰质子旋进磁力仪的研制，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科学的进步和技术的革新,地下水探测的方法越来越多样化,但核磁共振技术是目前唯一的非侵入式直接进行地下水探测的方法。该方法与传统的地球物理探测地下水的方法相比,具有高分辨率、高效率、信息量丰富、反演解释唯一、探测结果量化等优点,近三十年来已在寻找和评价地下淡水资源、预防堤坝渗漏、监测山体滑坡、矿井/隧道灾害水源超前探测等领域取得了广泛的应用。基于核磁共振技术的地下水探测仪器中,发射系统关键技术之一为谐振发射技术。这一技术利用LC串联谐振原理,向待测区域发射频率等同于当地拉莫尔频率的高压正弦波,使交变的正弦电流感应出与地磁场成一定角度的激励磁场,并激发水中的氢质子发生能级跃迁,产生核磁共振宏观效应;拉莫尔频率越准确,核磁共振宏观效应越明显,探测结果越接近真实情况。当地地磁场值与拉莫尔频率之间存在一个定量的比例关系,因此准确测量当地地磁场值是核磁共振地下水探测仪器准确有效应用的前提条件。随着应用范围和领域的扩大,特别是在复杂应用环境中,比如城镇周边、村庄附近、矿井/隧道等电磁干扰噪声比较大的地方,传统的质子旋进磁力仪不能测出准确的磁场值,因此迫切需要研制一款抗干扰能力强、稳定、可靠的质子旋进磁力仪,对地磁场进行准确的测量,为核磁共振地下水探测仪器的发射系统提供真实准确的频率参考。本文针对目前市面上的质子旋进测磁仪器信号调理电路功能单一、且均是基于单次自由感应衰减(FID)信号进行硬件测频进而得出磁场值的情况,设计了一种抗干扰质子旋进磁力仪。仪器硬件电路控制部分基于ARM和CPLD,在信号调理电路中加入了低矩形系数的宽带带通滤波器,利用美国NI仪器公司设计的24bit采集卡进行信号采集和存储,同时基于上位机Lab VIEW软件对信号进行了叠加去噪和单频测量,即基于叠加的自由感应衰减(FID)信号进行软件实时测频求得磁场值,克服了在电磁干扰比较大的地方单次自由感应衰减(FID)信号信噪比低、频率测量不准确的缺点。仪器可以根据死区时间和弛豫时间的长短设置延时和采集时间,根据噪声水平的大小灵活调整叠加次数,能任意设置接收配谐电容值,实现最理想的LC选频特性,并且能够实时显示单次信号和叠加信号的时域波形和频域频谱并自动存储,实现了为核磁共振地下水探测仪器提供辅助测磁的功能。本论文设计的抗干扰质子旋进磁力仪,借鉴了有效的抗干扰措施,在室内和野外实验中均取得了良好的测量结果:在电磁噪声干扰比较小的应用环境中,地磁场测量精度能达到±0.01n T;在噪声干扰比较大的应用环境中,其他测磁仪器不能正常工作的情况下,本仪器采取低矩形系数带通滤波器、信号叠加消噪、软件单频测量等技术,实现了磁场的准确测量,精度能达到1n T。本设计紧密结合项目需求,实现了地磁场值的稳定测量,验证了其可靠性和实用性,能为核磁共振地下水探测仪器的发射系统提供真实准确的频率参考。
【关键词】：质子旋进磁力仪 宽带滤波 叠加消噪 单频测量 抗干扰
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P641.7;O482.532
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外发展现状11-12
• 1.2.1 国外发展现状11-12
• 1.2.2 国内发展现状12
• 1.3 本文研究内容和结构安排12-15
• 第2章 质子旋进磁力仪基本原理及整体系统设计15-19
• 2.1 质子旋进磁力仪的基本原理15-16
• 2.2 抗干扰质子旋进磁力仪的整体设计16-18
• 2.3 本章小结18-19
• 第3章 抗干扰质子旋进磁力仪硬件设计19-37
• 3.1 电源模块设计19-20
• 3.2 继电器切换模块设计20-22
• 3.2.1 极化电路设计20-21
• 3.2.2 切换电路设计21-22
• 3.3 信号调理模块设计22-31
• 3.3.1 配谐电路分析22-26
• 3.3.2 放大电路设计26-28
• 3.3.3 宽带滤波电路设计28-31
• 3.4 控制模块设计31-33
• 3.4.1 ARM模块设计31-32
• 3.4.2 CPLD模块设计32-33
• 3.5 采集模块设计33-34
• 3.6 GPS模块设计34-36
• 3.7 本章小结36-37
• 第4章 抗干扰质子旋进磁力仪控制软件编制37-47
• 4.1 控制模块软件设计37-39
• 4.1.1 ARM软件设计37-38
• 4.1.2 CPLD软件设计38-39
• 4.2 抗干扰质子旋进磁力仪通信协议制定39-41
• 4.3 上位机控制软件设计41-46
• 4.3.1 叠加消噪原理及实现41-42
• 4.3.2 单频测量软件实现42-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第5章 室内及野外对比试验47-65
• 5.1 电磁屏蔽室对比试验47-56
• 5.1.1 纯净磁场对比试验48-52
• 5.1.2 抗干扰对比试验52-56
• 5.2 野外对比实验56-63
• 5.2.1 烧锅镇对比实验56-58
• 5.2.2 长春公园对比实验58-62
• 5.2.3 神华乌海能源公乌素煤矿井下对比试验62-63
• 5.3 本章小结63-65
• 第6章 全文总结及研究建议65-67
• 6.1 全文总结65-66
• 6.2 下一步研究建议66-67
• 参考文献67-70
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果70-71
• 致谢71

【参考文献】

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本文编号：432981