核磁共振超前探测仪低矩形系数滤波器设计

发布时间：2017-08-20 21:18

  本文关键词：核磁共振超前探测仪低矩形系数滤波器设计

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【摘要】：地下资源开采，地下隧道建设，隧道施工中，突水灾害是发生频率最高，破坏最严重的地质灾害。制约隧道建设和地下工程的一个重要问题就是突水灾害。核磁共振是指通过特定频率的交变电磁场来激发原子核，使其在能级间发生共振跃迁。因为核磁共振信号的初始振幅与所探测范围内自由水中氢核数量成正比，也即与地质体中含水量成正比，因此可用于探测隧道前方自由水是否存在，和具体的含水率。地下矿井/隧道进行灾害水超前探测极具现实意义。 核磁共振隧道涌水超前探测仪灵敏度很高，而在矿井/隧道环境下，由于干扰噪声极其复杂，对信号采集造成很大困扰。本文设计了一款中心频率和带宽均可精细程控的窄带滤波器进行针对性滤波，再通过最终的可编程增益放大器，将信号调理至MRS信号检测板卡的输入范围内。采用开关电容滤波器结合高精度数控电位器的思路，实现了Q值的精细调节。克服了MAX260的Q值调节步进过大的缺点；借鉴了参差滤波器的设计思路，有效的降低了滤波器的矩形系数，提高了滤波电路选择性，使核磁共振隧道涌水超前探测仪的抗干扰能力得到改善，，信噪比得到提升，使得到的数据信息可靠性更高。 本文的结构一共为六章，各章内容安排如下： 第一章绪论，介绍了核磁共振探测研究的背景和意义，从国内外现状到发展趋势进行介绍，并指出本文所研究的重点。 第二章主要介绍了核磁共振超前探测原理，核磁共振探测仪结构和工作过程，明确当前探测仪器所面临的问题。 第三章从滤波原理上介绍采用的滤波方式，推导出窄带滤波的相关理论公式，总结归纳出低矩形系数程控滤波器设计方法。 第四章详细介绍了低矩形系数程控滤波器系统的仿真情况，并对仿真结果作出分析。 第五章介绍了低矩形系数程控滤波器的方案设计与实现，从设计指标，设计方案选型，到具体硬件电路设计和软件设计。 第六章完成了低矩形系数程控滤波器进行室内外测试和现场测试，并分析获得的实验结果。 第七章总结全文并提出下一步的改进建议。 经过大量的实验测试，本设计中的核磁共振隧道涌水超前探测低矩形系数程控滤波器的性能达到预期，各个模块性能稳定，滤波系统矩形系数低，选择性好，并为后期仪器抗干扰性能的提升积累经验数据，为仪器性能的进一步提升奠定基础。
【关键词】：核磁共振 超前探测 滤波器 矩形系数 Q值
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH763
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 研究背景及意义11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 国外研究现状13
• 1.2.2 国内研究现状13-14
• 1.3 本文主要研究的问题14-16
• 第2章 核磁共振超前探测原理及仪器存在问题分析16-21
• 2.1 核磁共振超前探测原理16-17
• 2.2 核磁共振隧道超前探测仪器整体结构17-19
• 2.3 核磁共振隧道涌水超前探测仪器抗干扰问题19-21
• 第3章 多级参差低矩形系数滤波器研究21-31
• 3.1 单级二阶带通滤波节分析21-24
• 3.2 二级参差带通滤波器分析24-27
• 3.3 N 级参差滤波电路分析27-31
• 第4章 低矩形系数程控滤波器系统仿真31-42
• 4.1 一级二阶带通滤波器31-32
• 4.2 四级二阶带通同频率串联32-33
• 4.3 四级二阶带通参差滤波33-34
• 4.4 六级二阶带通参差滤波34-35
• 4.5 十级二阶带通参差滤波35-36
• 4.6 放大倍数不同的十级二阶带通参差滤波36-38
• 4.7 几种多阶参差滤波器矩形系数对比图38-39
• 4.8 十级参差滤波器对模拟 MRS 信号滤波情况仿真39-42
• 第5章 低矩形系数程控滤波器系统方案设计与实现42-62
• 5.1 低矩形系数程控滤波器系统设计指标42
• 5.2 低矩形系数程控滤波器系统方案设计42-46
• 5.2.1 滤波节参数计算43-44
• 5.2.2 滤波节方案选择44-45
• 5.2.3 滤波节方案细化及计算45-46
• 5.3 低矩形系数程控滤波器硬件系统设计46-55
• 5.3.1 系统总体硬件结构46-47
• 5.3.2 系统硬件构成47-55
• 5.4 低矩形系数程控滤波器软件系统设计55-62
• 5.4.1 时钟信号部分的软件设计55-58
• 5.4.2 下位单片机部分的软件设计58-60
• 5.4.3 上位机软件部分的软件设计60
• 5.4.4 AD 5252软件控制设计60-62
• 第6章 低矩形系数程控滤波器测试和结果分析62-73
• 6.1 低矩形系数程控滤波器室内测试和结果分析62-69
• 6.1.1 系统室内单独测试62-66
• 6.1.2 低矩形系数滤波器与普通滤波器的室内对比测试66-68
• 6.1.3 室内整机对比测试68-69
• 6.2 低矩形系数程控滤波器室外测试和结果分析69-71
• 6.3 低矩形系数程控滤波器野外实测71-73
• 第7章 全文总结与建议73-74
• 7.1 主要工作及结论73
• 7.2 下一步工作建议73-74
• 参考文献74-78
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果78-79
• 致谢79-80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 岑敏锐;;同轴等大方形线圈的互感系数[J];武汉工程大学学报;2007年04期

2 李军峰;李文杰;;航空电磁发射线圈自感系数的精确计算[J];物探化探计算技术;2007年S1期

3 孙淑琴,林君,张庆文,嵇艳鞠;氢质子弛豫过程[J];物探与化探;2005年02期

4 张小华;林君;王应吉;孙锋;;地面核磁共振(NMR)找水仪发射机的研制[J];仪器仪表学报;2006年07期

5 王应吉;林君;荣亮亮;高东旭;贾晓晨;;地面核磁共振找水仪放大器设计[J];仪器仪表学报;2008年08期

6 荣亮亮;王中兴;林君;段清明;尚新磊;;核磁共振发射波形质量评估及影响因素分析[J];仪器仪表学报;2010年02期

7 李术才;刘斌;李树忱;张庆松;聂利超;李利平;许振浩;钟世航;;基于激发极化法的隧道含水地质构造超前探测研究[J];岩石力学与工程学报;2011年07期

本文编号：708929