基于SPWM技术的核磁共振发射系统研制

发布时间：2017-04-01 10:00

  本文关键词：基于SPWM技术的核磁共振发射系统研制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国基础工程建设的不断开展,地下施工工程建设的比重也逐渐增加,核磁共振探测技术作为唯一一种可以直接对地下水进行探测的方法,已经被越来越多的人认可并逐步应用在地下工程中,其在地下工程中的主要工作领域是对矿井和隧道中的灾害水源的预防与治理,并在应用过程中起到了至关重要的作用。然而,现有的核磁共振仪器在实地地下探测工程领域仍存在诸多不便,在隧道矿井中,由于在密闭防爆空间,因此不允许打开电容箱调节配谐电容,并且探测装置复杂,地下工作作业空间狭小不便搬运的问题。在JLMRS-III型核磁共振找水仪的发射探测装置中,采用的发射系统是基于H桥路的LC串联谐振电路,其主要特征在于将高压的方波转化成高压的正弦波,并且交变的正弦电流在地下感应出激励磁场,能够使地下水中的氢质子发生能级跃迁的现象。但是,正弦电流的频率随着当地不同的Larmor频率的变化而变化,因此为了达到最大的激发效果需要改变正弦电流的频率,因此在谐振电路中需要采用不同的LC参数,以达到最大的激发效果。而在实际测量中,采用同一发射线圈,其电感值L保持一致,因此采用电容箱配谐相对应的电容值C。本文针对地下工程中隧道和矿井的特殊工作环境,从核磁共振的基本原理出发,对JLMRS型核磁共振发射机系统改进。设计了基于SPWM技术的核磁共振找水仪的发射系统的整体方案,着重于对发射机的H桥路部分进行研发与设计。此方法的特点在于,不采用LC谐振的方法产生高压正弦波,而采用SPWM的方法产生高压正弦波.并且由于本设计是应用于地下工程中,在隧道矿井中,对灾害水源的探测,探测深度要求小,因此对探测电流信号的幅值要求相对较低,针对地下工程具有良好效果,这种方法的优点在于取缔了电容箱在核磁共振探测过程中谐振的作用,提高了整套仪器的便携性。本文通过对仿真对两种方法进行比较和讨论,完成方案选择,对选择的方案进行了深入的分析,从仿真和理论的角度论证了方法的可行性,并给出了1k Hz-3k Hz间,间隔200Hz的采样点在模拟线圈所对应的电容值,为后续的设计硬件电路打下基础。在硬件电路设计部分,以H桥路的设计为出发点,包括H桥路的电路设计,H桥路的驱动,H桥路驱动的供电系统,在JLMRS-III型仪器的基础上,设计了基于SPWM技术的核磁共振发射系统。通过基于实验室操作平台的对基于CPLD驱动模块测试、基于MOSFET管的H桥路测试以及对发射系统的整机测试,并与JLMRS-III型仪器的试验参数进行实验对比,其实验结果参数相符合,满足实验预设指标。
【关键词】：核磁共振 发射机 H桥路 SPWM 技术
【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】：O482.532;U456.3;TD745
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 本课题的研究意义与目的11-12
• 1.2 核磁共振探测仪器的发展现状12-14
• 1.3 基于SPWM方法的核磁共振探测方法的特点14-16
• 1.4 论文整体结构安排16-18
• 第2章 基于SPWM技术的核磁共振探测原理与仪器架构18-25
• 2.1 核磁共振探测地下水的原理18-21
• 2.1.1 自旋和拉摩尔频率18-19
• 2.1.2 核磁共振找水仪工作原理19-20
• 2.1.3 JLMRS-III型仪器的发射工作原理20-21
• 2.2 SPWM技术的基本原理21-22
• 2.3 基于SPWM技术的核磁共振找水系统的工作原理22-24
• 2.3.1 基于SPWM技术的核磁共振找水系统整体架构22-23
• 2.3.2 基于SPWM技术的核磁共振发射机工作流程23-24
• 2.4 本章总结24-25
• 第3章 SPWM技术在地下核磁共振中的应用25-37
• 3.1 SPWM技术的理论验证25-28
• 3.1.1 SPWM技术控制方法25-26
• 3.1.2 SPWM逆变电路的谐波分析26-27
• 3.1.3 低通滤波器的原理27-28
• 3.2 SPWM技术的方法选择28-30
• 3.2.1 五阶分段式方法测量28-29
• 3.2.2“直接法”测量29-30
• 3.3 两种方法的分析比较30-33
• 3.3.1 五阶分段式方法仿真及结果分析30-31
• 3.3.2”直接法”仿真实验及分析31-33
• 3.4 实验室仿真及测试33-35
• 3.5 本章小结35-37
• 第4章 基于SPWM技术的H桥设计37-44
• 4.1 电路硬件部分37-38
• 4.1.1 H桥的简介37-38
• 4.1.2 H桥的系统结构38
• 4.2 H桥的硬件电路38-41
• 4.3 CPLD软件编程产生SPWM信号41-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第5章 整机测试及实验结果44-51
• 5.1 系统设计指标44-45
• 5.2 室内测试45-48
• 5.2.1 上位机软件实现通信45-46
• 5.2.2 CPLD输出驱动桥路测试46
• 5.2.3H桥路系统测试46-48
• 5.3 整机发射48-49
• 5.4 本章小结49-51
• 第6章 全文总结51-53
• 6.1 主要工作及成果51-52
• 6.2 进一步研究建议52-53
• 参考文献53-56
• 作者简介及科研成果56-57
• 致谢57

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本文编号：280392