基于三分量探头的快速寻优工频检测装置
发布时间：2021-10-01 22:09
核磁共振探测技术是一种能够直接进行地下水资源勘测的手段,具有快速、高效、准确的优点,已成为国际上应用最广泛的勘探技术。通过这种技术探测到的核磁共振信号幅值非常小,信号的抗干扰能力较弱,其最主要的干扰源是50Hz工频信号,因此对50Hz工频信号进行检测具有重要意义。传统的核磁共振工频检测装置是单探头工频同步器,这种装置测量时间长、采集信号动态范围低、测量参数单一,导致工频信号测量结果不准确,影响后续的工频消噪过程,无法取得预期成果。为克服上述技术缺点,本文设计了一种基于三分量探头的快速寻优工频检测装置。主要研究内容如下:1)研究了核磁共振仪器探水原理及工频信号的影响,设计了三分量探头,分析其工作原理并进行了可行性验证。通过与传统的单分量工频同步器进行对比,明确本装置的指标需求,即检测时间不超过20s,动态范围不低于50dB,中心频率为50Hz,频带宽度为6Hz。2)为实现三分量探头快速寻优检测,依据测量装置预期的性能指标,设计了信号调理模块和通讯控制模块组成的硬件电路系统,使检测装置能够在最短时间内采集到大动态范围、低噪声的工频信号。3)为实现空间工频信号的精准测量,设计了MSP430和...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国内外核磁共振探测仪器实物图
第2章三分量探头工频检测装置原理介绍及方案设计9在无干扰的理想环境下，核磁仪器采集到的信号为无噪声的MRS信号，然而在工作实践中不存在理想环境，总会存在噪声的干扰，如尖峰噪声、环境噪声及工频信号噪声等。其中工频信号来源于变压器、高压输电线等电子设备，其幅值范围为1×107nV。而MRS信号的幅值范围是10-4000nV，远小于工频信号，完全被工频信号淹没。为了对理论进行数值分析，将核磁共振信号表示为：1002expcos2πLtYEftT······················(2.3)式中，E0=200nV，表示初始幅值；T2=50ms，表示平均弛豫时间；fL=2326Hz，表示拉莫尔频率；0表示初始相位。采用Matlab进行仿真分析，设置工频信号在拉莫尔频率2350Hz处，并且幅度为800nV，将其表示为：1S800sin2π2350t······························(2.4)如图2.3所示，为式（2.4）MRS信号的时域信号图以及频域特性曲线，可以看出当频率为2350Hz时，工频信号幅度为10106nV，将MRS信号完全淹没。图2.3MRS信号时频特性图在实际应用中，除了工频信号还会有其他噪声的影响，具有较强的不确定性。实际室外测试波形图如图2.4所示，MRS信号参差不齐，波形类似于锯齿形状，能够证明在拉莫尔频率2326Hz附近存在干扰，其中接近拉莫尔频率的工频信号干扰最为严重，无法捕获呈衰减趋势的MRS信号，因此可以证明工频信号对MRS信号有较大的影响。为了消除这种影响，有必要设计一个装置对工频信号进行检测。
第2章三分量探头工频检测装置原理介绍及方案设计10图2.4MRS信号实际测试波形图2.2三分量探头设计为了对工频信号进行检测，常采用手持式工频同步器，这种方法检测时间长、测量参数单一、动态范围低，基于以上缺陷设计了三分量探头的工频检测装置。2.2.1三分量探头工作原理由于工频检测装置决定着系统接收MRS信号的信噪比，若检测装置能采集到较为纯净的工频信号，则可以保证MRS信号的稳定性。鉴于影响实验环境噪声的因素较多，工频信号的幅度较小，因此需要设计硬件电路对信号进行调理，以便采集到频率和幅值满足要求的理想工频信号。本文设计三分量探头工频检测装置来接收工频信号，三分量探头作为检测装置的信号来源，需要选取性能优良的探头材料，并且对后续电路没有影响。现阶段，常用的软磁材料主要分为：碳素钢、铁硅合金、铁铝合金、镍铁合金、铁钴合金及软磁铁氧体[20]。表2.1为这几种软磁材料性能对比表，由于软磁铁氧体本身不带磁性，通电时产生磁场，通电结束磁场消失，其电阻率为102~104Ω/m，涡流损耗极低，且较为常见成本较低，因此本文选用软磁铁氧体PC40制作三分量探头。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中美水资源研究现状与发展展望[J]. 齐跃明,杨雅琪,李鑫,裴毅峰,游京,刘博. 西南师范大学学报(自然科学版). 2019(05)
[2]数电与模电综合一体化实验平台的建设与应用[J]. 吕鑫. 数码世界. 2019(05)
[3]分析现代水资源保护规划技术体系[J]. 杨丽. 低碳世界. 2018(09)
[4]基于VCA810的自动增益控制电路设计[J]. 张汉飞. 自动化应用. 2016(02)
[5]延时叠加工频谐波消除系统设计与实验[J]. 林君,王琳,张鹏,符磊,尚新磊,王晓光. 实验室研究与探索. 2014(10)
[6]基于MBI5024的多彩LED点阵模块设计及应用[J]. 张学成,曾素琼. 嘉应学院学报. 2014(02)
[7]我国水资源现状与问题研究[J]. 舟成. 资源节约与环保. 2013(10)
[8]浅论我国能源的可持续发展[J]. 彭鹏. 东方企业文化. 2013(03)
[9]巴特沃斯低通滤波器的实现方法研究[J]. 赵晓群,张洁. 大连民族学院学报. 2013(01)
[10]复杂条件下地下水磁共振探测与灾害水源探查研究进展[J]. 林君,蒋川东,段清明,王应吉,秦胜伍,林婷婷. 吉林大学学报(地球科学版). 2012(05)
博士论文
[1]TEM-MRS联用地下水探测关键技术研究[D]. 尚新磊.吉林大学 2010
硕士论文
[1]三分量感应测井发射与处理电路的设计与实现[D]. 赵娜.电子科技大学 2011
[2]突发通信信号检测及同步技术研究[D]. 玉素甫·克依木.西安电子科技大学 2010
本文编号：3417422
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国内外核磁共振探测仪器实物图
第2章三分量探头工频检测装置原理介绍及方案设计9在无干扰的理想环境下，核磁仪器采集到的信号为无噪声的MRS信号，然而在工作实践中不存在理想环境，总会存在噪声的干扰，如尖峰噪声、环境噪声及工频信号噪声等。其中工频信号来源于变压器、高压输电线等电子设备，其幅值范围为1×107nV。而MRS信号的幅值范围是10-4000nV，远小于工频信号，完全被工频信号淹没。为了对理论进行数值分析，将核磁共振信号表示为：1002expcos2πLtYEftT······················(2.3)式中，E0=200nV，表示初始幅值；T2=50ms，表示平均弛豫时间；fL=2326Hz，表示拉莫尔频率；0表示初始相位。采用Matlab进行仿真分析，设置工频信号在拉莫尔频率2350Hz处，并且幅度为800nV，将其表示为：1S800sin2π2350t······························(2.4)如图2.3所示，为式（2.4）MRS信号的时域信号图以及频域特性曲线，可以看出当频率为2350Hz时，工频信号幅度为10106nV，将MRS信号完全淹没。图2.3MRS信号时频特性图在实际应用中，除了工频信号还会有其他噪声的影响，具有较强的不确定性。实际室外测试波形图如图2.4所示，MRS信号参差不齐，波形类似于锯齿形状，能够证明在拉莫尔频率2326Hz附近存在干扰，其中接近拉莫尔频率的工频信号干扰最为严重，无法捕获呈衰减趋势的MRS信号，因此可以证明工频信号对MRS信号有较大的影响。为了消除这种影响，有必要设计一个装置对工频信号进行检测。
第2章三分量探头工频检测装置原理介绍及方案设计10图2.4MRS信号实际测试波形图2.2三分量探头设计为了对工频信号进行检测，常采用手持式工频同步器，这种方法检测时间长、测量参数单一、动态范围低，基于以上缺陷设计了三分量探头的工频检测装置。2.2.1三分量探头工作原理由于工频检测装置决定着系统接收MRS信号的信噪比，若检测装置能采集到较为纯净的工频信号，则可以保证MRS信号的稳定性。鉴于影响实验环境噪声的因素较多，工频信号的幅度较小，因此需要设计硬件电路对信号进行调理，以便采集到频率和幅值满足要求的理想工频信号。本文设计三分量探头工频检测装置来接收工频信号，三分量探头作为检测装置的信号来源，需要选取性能优良的探头材料，并且对后续电路没有影响。现阶段，常用的软磁材料主要分为：碳素钢、铁硅合金、铁铝合金、镍铁合金、铁钴合金及软磁铁氧体[20]。表2.1为这几种软磁材料性能对比表，由于软磁铁氧体本身不带磁性，通电时产生磁场，通电结束磁场消失，其电阻率为102~104Ω/m，涡流损耗极低，且较为常见成本较低，因此本文选用软磁铁氧体PC40制作三分量探头。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中美水资源研究现状与发展展望[J]. 齐跃明,杨雅琪,李鑫,裴毅峰,游京,刘博. 西南师范大学学报(自然科学版). 2019(05)
[2]数电与模电综合一体化实验平台的建设与应用[J]. 吕鑫. 数码世界. 2019(05)
[3]分析现代水资源保护规划技术体系[J]. 杨丽. 低碳世界. 2018(09)
[4]基于VCA810的自动增益控制电路设计[J]. 张汉飞. 自动化应用. 2016(02)
[5]延时叠加工频谐波消除系统设计与实验[J]. 林君,王琳,张鹏,符磊,尚新磊,王晓光. 实验室研究与探索. 2014(10)
[6]基于MBI5024的多彩LED点阵模块设计及应用[J]. 张学成,曾素琼. 嘉应学院学报. 2014(02)
[7]我国水资源现状与问题研究[J]. 舟成. 资源节约与环保. 2013(10)
[8]浅论我国能源的可持续发展[J]. 彭鹏. 东方企业文化. 2013(03)
[9]巴特沃斯低通滤波器的实现方法研究[J]. 赵晓群,张洁. 大连民族学院学报. 2013(01)
[10]复杂条件下地下水磁共振探测与灾害水源探查研究进展[J]. 林君,蒋川东,段清明,王应吉,秦胜伍,林婷婷. 吉林大学学报(地球科学版). 2012(05)
博士论文
[1]TEM-MRS联用地下水探测关键技术研究[D]. 尚新磊.吉林大学 2010
硕士论文
[1]三分量感应测井发射与处理电路的设计与实现[D]. 赵娜.电子科技大学 2011
[2]突发通信信号检测及同步技术研究[D]. 玉素甫·克依木.西安电子科技大学 2010
本文编号：3417422
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