發(fā)布時間：2020-06-11 20:26

【摘要】：地面磁共振技術(shù)(Magnetic Resonance Sounding,MRS)是一種非侵害性可以直接進行地下水探測的地球物理方法,具有定性定量探測的優(yōu)點,已廣泛應用于我國干旱和半干旱區(qū)域地下水資源勘探領(lǐng)域。隨著MRS技術(shù)由1D發(fā)展到2D/3D精細地下水成像,通常在幾百米范圍內(nèi)實現(xiàn);磁共振系統(tǒng)需要采用一臺發(fā)射機匹配多臺接收機進行多點同步測量。然而,當前系統(tǒng)的有線同步方式無法滿足實際工作需求,同步信號經(jīng)過長導線(100m)傳輸后會產(chǎn)生衰減和失真現(xiàn)象,進而導致延遲觸發(fā)或誤觸發(fā)等問題。針對上述問題,本文首次提出一種基于磁共振系統(tǒng)的高精度無線同步技術(shù),并開發(fā)了相應的發(fā)射與接收控制系統(tǒng),最后進行了野外實驗測試。論文主要研究內(nèi)容如下:1.研究了地面磁共振控制系統(tǒng)的基本原理及有線同步的局限性,建立了長導線傳輸信號模型,分析了線纜長度對同步信號的影響�；跓o線同步技術(shù)思路提出了新控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案和工作流程,并通過對磁共振找水儀脈沖矩規(guī)律和電容充電時長進行分析,確定同步信號周期,為實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。2.針對有線同步存在延遲觸發(fā)或誤觸發(fā)等問題,提出一種基于GPS(Global Positioning System)與恒溫晶振(OCXO)的自校準高精度同步授時技術(shù),全面保障系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性與精準性。結(jié)合GPS長時間無累計誤差和恒溫晶振短時間內(nèi)可輸出高精度時鐘的優(yōu)點,進行無線同步的補償設(shè)計,以GPS的高精度秒脈沖為基準,利用PID算法對恒溫晶振頻率和相位進行校準。本文開發(fā)了同步授時模塊,持續(xù)為發(fā)射機和接收機提供高精度的同步脈沖和準確的時間信息。3.在傳統(tǒng)MRS發(fā)射與接收控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,設(shè)計了基于GPS與恒溫晶振同步技術(shù)的新型控制系統(tǒng)。采用ARM+CPLD架構(gòu)方案,設(shè)計了集發(fā)射時序控制、發(fā)射電流采集、IGBT驅(qū)動隔離電路等功能于一體的發(fā)射控制系統(tǒng);基于GPS與恒溫晶振同步授時模塊和LabVIEW軟件平臺設(shè)計了接收機控制系統(tǒng),通過預設(shè)協(xié)議、解析信息等,最終實現(xiàn)了發(fā)射與接收的高精度無線同步。最后,本文針對基于GPS與恒溫晶振同步技術(shù)的磁共振找水儀控制系統(tǒng)進行了測試,測試結(jié)果表明GPS有效的情況下,同步脈沖信號精度可持續(xù)保持在250ns以內(nèi);在GPS突然失鎖后,儀器仍能保持近60分鐘的高精度同步工作,如果在此期間GPS重新定位有效,系統(tǒng)可迅速實現(xiàn)自校準,重現(xiàn)儀器的高精度同步脈沖和時間信息。綜上所述,本文的研究滿足了磁共振找水儀對同步精度的要求,實現(xiàn)了磁共振找水儀從有線同步到無線同步的跨越,為我國大面積2D/3D的地下水探測提供了強有力的技術(shù)支撐。
【圖文】：

第 1 章 緒論 的特點，提出了一種基于 GPS 與恒溫晶振的自校準同步技術(shù)�；谠摷夹g(shù)設(shè)計了具有自校準功能的高精度授時模塊以及具有高精度同步特性的 MRS 發(fā)射與接收控制系統(tǒng)。測試結(jié)果表明新系統(tǒng)輸出的同步信號精度明顯提升，且穩(wěn)定性較好。本文開發(fā)的基于 GPS 與恒溫晶振的自校準同步技術(shù)的發(fā)射與接收控制系統(tǒng)可實現(xiàn)遠距離以及復雜環(huán)境下的高精度同步工作，為磁共振大面積 2D/3D 的可靠探測奠定技術(shù)基礎(chǔ)。實際應用中，基于 GPS 與恒溫晶振無線同步技術(shù)的四通道磁共振找水儀 3D 探測示意圖如圖 1.1 所示。圖中紅色為發(fā)射線圈，藍色為陣列接收線圈，黃色為采集噪聲的參考線圈。

色為陣列接收線圈，黃色為采集噪聲的參考線圈。 圖 1.1 本文提出的 GPS 與恒溫晶振無線同步技術(shù)磁共振找水儀 3D 探測示意圖1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 地面磁共振儀器研究現(xiàn)狀20 世紀 60 年代，Varian 首次提出了利用 MRS 技術(shù)探測地下水的構(gòu)想，但受限于當時的技術(shù)水平，該構(gòu)想僅僅停留在理論研究及專利申請階段[14]。1978年，前蘇聯(lián)科學院西伯利亞分院化學動力學和燃燒研究所（ICKC）Semenov 等科學家設(shè)計完成了世界上首臺磁共振找水儀“HYDROSCOPE”，并通過大量野外試驗，，證明了 MRS 技術(shù)在地下水探測方面的優(yōu)勢[15]。1994 年，法國 IRIS 公司通過與 ICKC 合作，推出了世界上首套商品化的磁共振找水儀器 NUMIS 系統(tǒng)，如圖 1.2a 所示。隨后
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O482.531;P228.4

【參考文獻】

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本文編號：2708412