核磁共振探測技術(shù)是一種能夠直接進行地下水資源勘測的手段,具有快速、高效、準確的優(yōu)點,已成為國際上應(yīng)用最廣泛的勘探技術(shù)。通過這種技術(shù)探測到的核磁共振信號幅值非常小,信號的抗干擾能力較弱,其最主要的干擾源是50Hz工頻信號,因此對50Hz工頻信號進行檢測具有重要意義。傳統(tǒng)的核磁共振工頻檢測裝置是單探頭工頻同步器,這種裝置測量時間長、采集信號動態(tài)范圍低、測量參數(shù)單一,導(dǎo)致工頻信號測量結(jié)果不準確,影響后續(xù)的工頻消噪過程,無法取得預(yù)期成果。為克服上述技術(shù)缺點,本文設(shè)計了一種基于三分量探頭的快速尋優(yōu)工頻檢測裝置。主要研究內(nèi)容如下:1)研究了核磁共振儀器探水原理及工頻信號的影響,設(shè)計了三分量探頭,分析其工作原理并進行了可行性驗證。通過與傳統(tǒng)的單分量工頻同步器進行對比,明確本裝置的指標需求,即檢測時間不超過20s,動態(tài)范圍不低于50dB,中心頻率為50Hz,頻帶寬度為6Hz。2)為實現(xiàn)三分量探頭快速尋優(yōu)檢測,依據(jù)測量裝置預(yù)期的性能指標,設(shè)計了信號調(diào)理模塊和通訊控制模塊組成的硬件電路系統(tǒng),使檢測裝置能夠在最短時間內(nèi)采集到大動態(tài)范圍、低噪聲的工頻信號。3)為實現(xiàn)空間工頻信號的精準測量,設(shè)計了MSP430和... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

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國內(nèi)外核磁共振探測儀器實物圖

第2章三分量探頭工頻檢測裝置原理介紹及方案設(shè)計9在無干擾的理想環(huán)境下，核磁儀器采集到的信號為無噪聲的MRS信號，然而在工作實踐中不存在理想環(huán)境，總會存在噪聲的干擾，如尖峰噪聲、環(huán)境噪聲及工頻信號噪聲等。其中工頻信號來源于變壓器、高壓輸電線等電子設(shè)備，其幅值范圍為1×107nV。而MRS信號的幅值范圍是10-4000nV，遠小于工頻信號，完全被工頻信號淹沒。為了對理論進行數(shù)值分析，將核磁共振信號表示為：1002expcos2πLtYEftT······················(2.3)式中，E0=200nV，表示初始幅值；T2=50ms，表示平均弛豫時間；fL=2326Hz，表示拉莫爾頻率；0表示初始相位。采用Matlab進行仿真分析，設(shè)置工頻信號在拉莫爾頻率2350Hz處，并且幅度為800nV，將其表示為：1S800sin2π2350t······························(2.4)如圖2.3所示，為式（2.4）MRS信號的時域信號圖以及頻域特性曲線，可以看出當(dāng)頻率為2350Hz時，工頻信號幅度為10106nV，將MRS信號完全淹沒。圖2.3MRS信號時頻特性圖在實際應(yīng)用中，除了工頻信號還會有其他噪聲的影響，具有較強的不確定性。實際室外測試波形圖如圖2.4所示，MRS信號參差不齊，波形類似于鋸齒形狀，能夠證明在拉莫爾頻率2326Hz附近存在干擾，其中接近拉莫爾頻率的工頻信號干擾最為嚴重，無法捕獲呈衰減趨勢的MRS信號，因此可以證明工頻信號對MRS信號有較大的影響。為了消除這種影響，有必要設(shè)計一個裝置對工頻信號進行檢測。

第2章三分量探頭工頻檢測裝置原理介紹及方案設(shè)計10圖2.4MRS信號實際測試波形圖2.2三分量探頭設(shè)計為了對工頻信號進行檢測，常采用手持式工頻同步器，這種方法檢測時間長、測量參數(shù)單一、動態(tài)范圍低，基于以上缺陷設(shè)計了三分量探頭的工頻檢測裝置。2.2.1三分量探頭工作原理由于工頻檢測裝置決定著系統(tǒng)接收MRS信號的信噪比，若檢測裝置能采集到較為純凈的工頻信號，則可以保證MRS信號的穩(wěn)定性。鑒于影響實驗環(huán)境噪聲的因素較多，工頻信號的幅度較小，因此需要設(shè)計硬件電路對信號進行調(diào)理，以便采集到頻率和幅值滿足要求的理想工頻信號。本文設(shè)計三分量探頭工頻檢測裝置來接收工頻信號，三分量探頭作為檢測裝置的信號來源，需要選取性能優(yōu)良的探頭材料，并且對后續(xù)電路沒有影響�，F(xiàn)階段，常用的軟磁材料主要分為：碳素鋼、鐵硅合金、鐵鋁合金、鎳鐵合金、鐵鈷合金及軟磁鐵氧體[20]。表2.1為這幾種軟磁材料性能對比表，由于軟磁鐵氧體本身不帶磁性，通電時產(chǎn)生磁場，通電結(jié)束磁場消失，其電阻率為102~104Ω/m，渦流損耗極低，且較為常見成本較低，因此本文選用軟磁鐵氧體PC40制作三分量探頭。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]中美水資源研究現(xiàn)狀與發(fā)展展望[J]. 齊躍明,楊雅琪,李鑫,裴毅峰,游京,劉博.  西南師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2019(05)
[2]數(shù)電與模電綜合一體化實驗平臺的建設(shè)與應(yīng)用[J]. 呂鑫.  數(shù)碼世界. 2019(05)
[3]分析現(xiàn)代水資源保護規(guī)劃技術(shù)體系[J]. 楊麗.  低碳世界. 2018(09)
[4]基于VCA810的自動增益控制電路設(shè)計[J]. 張漢飛.  自動化應(yīng)用. 2016(02)
[5]延時疊加工頻諧波消除系統(tǒng)設(shè)計與實驗[J]. 林君,王琳,張鵬,符磊,尚新磊,王曉光.  實驗室研究與探索. 2014(10)
[6]基于MBI5024的多彩LED點陣模塊設(shè)計及應(yīng)用[J]. 張學(xué)成,曾素瓊.  嘉應(yīng)學(xué)院學(xué)報. 2014(02)
[7]我國水資源現(xiàn)狀與問題研究[J]. 舟成.  資源節(jié)約與環(huán)保. 2013(10)
[8]淺論我國能源的可持續(xù)發(fā)展[J]. 彭鵬.  東方企業(yè)文化. 2013(03)
[9]巴特沃斯低通濾波器的實現(xiàn)方法研究[J]. 趙曉群,張潔.  大連民族學(xué)院學(xué)報. 2013(01)
[10]復(fù)雜條件下地下水磁共振探測與災(zāi)害水源探查研究進展[J]. 林君,蔣川東,段清明,王應(yīng)吉,秦勝伍,林婷婷.  吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版). 2012(05)

博士論文
[1]TEM-MRS聯(lián)用地下水探測關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 尚新磊.吉林大學(xué) 2010

碩士論文
[1]三分量感應(yīng)測井發(fā)射與處理電路的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 趙娜.電子科技大學(xué) 2011
[2]突發(fā)通信信號檢測及同步技術(shù)研究[D]. 玉素甫·克依木.西安電子科技大學(xué) 2010



本文編號：3417422