CN104009532A - 核磁共振找水仪的快速充放电电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核磁共振找水仪的快速充放电电源装置。该装置包括PC机通过串口与MCU控制模块相连，MCU控制模块经过D/A转换器与DC-DC大功率模块相连，DC-DC大功率模块连接24V电瓶，由DC-DC大功率模块产生高电压，DC-DC大功率模块通过防反冲保护电路连接到切换电路模块，切换电路模块的两输出端分别连接第一储能电容以及第二储能电容，电压采集模块采集第一储能电容以及第二储能电容的电压值，并在输出端通过A/D转化器连接MCU控制模块。本发明相对于以前的单个电容的方法，降低了每次叠加时间，减少了每个脉冲矩的工作时间，有效的缩短了充放电时间，提高了工作效率。

Description

核磁共振找水仪的快速充放电电源装置

技术领域

本发明属于利用核磁共振对含水体进行检测的地球物理勘探设备领域，尤其涉及一种核磁共振找水仪的快速充放电电源装置。 

背景技术

MRS方法与钻探方法相比，它具有成本低，非破坏性和高效率等优点，与其他地球物理方法相比，MRS是一种直接勘查地下水的地球物理勘探方法。但是其对每个测试点的测量时间一般需要一个半小时以上，测试地点对环境的影响，在噪声干扰严重的地区，电磁噪声干扰较强，叠加次数就会随之增加，测量时间可能会更长，这样就会使MRS方法的效率降低，影响了该方法的推广。 

CN200997000公开了一种地面核磁共振找水仪发射装置，该装置能够产生足够大功率的交变电流脉冲，形成交变磁场来激发地下水中的氢核，产生核磁共振现象的地面核磁共振找水仪发射装置。 

CN101285895公开了一种“线电源激发多道接收地面核磁共振方法和系统”，利用发射机通过两个打入地下的发射电极向地下供入拉摩尔频率的交变电流，通过改变电极的距离和电流的大小产生不同的激发磁场；断开激发场，在被激发的氢质子旋进到正常平衡态过程中，用高灵敏探头组接收呈指数衰减规律的信号；将所述的信号通过信号传输线传送给接收机，再将所述接收机接收的信号发送给信号处理与成像系统，进行信号的预处理、去噪、反演和成像等处理。该发明能够提供地下小体积的精细勘察；多道接收工作效率高，探测空间范围大，有利于三维反演成像等特点；线电源激发，施工灵活简单； 

CN101251607公开了一种“地面核磁共振找水仪器的系统检测、标定装置及检测方法”。上位机经通讯总线分别与核磁共振模拟信号发生器、系统自 检测单元和核磁共振找水仪器连接。地面核磁共振找水仪系统检测、标定方法包括：地面核磁共振找水仪系统检测、标定装置自检测,地面核磁共振找水仪关键参数标定,地面核磁共振找水仪噪声压制能力检测与标定和地面核磁共振找水仪激发脉冲矩扫描过程检测,实现了在实验室内对核磁共振找水仪器的性能指标模拟野外条件下进行测试和对仪器的系统标定,使每一台核磁共振找水仪器在进行野外工作前进行充分地测试,以保证仪器野外工作的稳定性和可靠性,提高野外工作效率,降低野外工作成本。 

CN103033849A公开了一种“带有参考线圈的多通道核磁共振地下水探测仪及其野外工作方法”,由计算机配置发射机和各接收机的工作参数,各接收机的工作模式可以在核磁共振测量模式和带参考核磁共振测量模式之间进行切换,每个接收机均可连接一个接收线圈和一个参考线圈,参考线圈个数的选取可依据当地环境噪声水平而定,最多可连接8个参考线圈,在使用带有参考线圈的多通道核磁共振地下水探测仪进行探测时,通过自适应消噪算法对所取得的核磁共振信号数据进行消噪处理,通过多通道测量方式实现对地下水体的二维探测,在有效提高探测的横向分辨率的同时,也提高了核磁共振信号的信噪比,有利于在复杂地貌条件下和噪声较大环境下对测区进行核磁共振探测。 

以上方法均实现了对核磁共振仪器发射系统的充电功能，但均采用电源向单个储能电容充电方法，只能等待此储能电容充电完成后才能进行下一次发射，在实际探测过程中，发射系统整体耗时较长，工作效率有限。 

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种核磁共振找水仪的快速充放电电源装置，使用两个电容的交替充放电，缩短每一次叠加的时间，缩短每个脉冲矩的时间，进而缩短核磁共振找水仪在每个测点所需要的工作时间，提高工作效率。 

本发明是这样实现的，一种核磁共振找水仪的快速充放电电源装置，该装置包括PC机、MCU控制模块、D/A转换器、DC-DC大功率模块、24V电瓶、 A/D转化器、电压采集模块、防反冲保护电路、切换电路模块、第一储能电容以及第二储能电容，其中PC机通过串口与MCU控制模块相连，MCU控制模块经过D/A转换器与DC-DC大功率模块相连，DC-DC大功率模块连接24V电瓶，由DC-DC大功率模块产生高电压，DC-DC大功率模块通过防反冲保护电路连接到切换电路模块，切换电路模块的两输出端分别连接第一储能电容以及第二储能电容，电压采集模块采集第一储能电容以及第二储能电容的电压值，并在输出端通过A/D转化器连接MCU控制模块。 

进一步地，切换电路模块包括单片机、CPLD、485通讯模块、第一驱动电路、第二驱动电路、第一切换装置以及第二切换装置，其中单片机通过连接485通讯模块通过串口与PC机连接，单片机连接CPLD，通过CPLD的两输出端分别连接第一驱动电路与第二驱动电路，通过第一驱动电路连接第一切换装置，通过第二驱动电路连接第二切换装置。 

进一步地，PC机通过串口将PC机设置的电压控制字传输到MCU控制模块，设定初始脉冲矩和充电电压，经过D/A转换器将充电电压控制字转换为模拟量，用于设置DC-DC大功率模块的充电电压，经过DC-DC大功率模块产生出所设的高电压，该高电压经过防反冲保护电路到切换电路模块给第一储能电容以及第二储能电容充电。 

进一步地，储能电容的电压值信号通过电压采集模块返回到MCU控制模块，MCU控制模块进行判断，与设定的电压值进行比较，判断该储能电容进入充电状态或发射状态，将状态信息上传至PC机，PC机向切换电路模块发出控制字，切换电路模块切换相应的驱动电路。 

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明相对于以前的单个电容的方法，降低了每次叠加时间，减少了每个脉冲矩的工作时间，有效的缩短了充放电时间，提高了工作效率。为核磁共振测量地下水提供了有利条件，缩短在恶劣环境下的工作时间。减少测量工作所需的人力物力资源。 

附图说明

图1是本发明实施例提供的设备结构示意图； 

图2是本发明实施例提供的切换电路模块的结构示意图。 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

如图1所示，一种核磁共振找水仪的快速充放电电源装置，该装置包括PC机1、MCU控制模块3，采用的是型号为STC89C54RD+、D/A转换器4、DC-DC大功率模块5、24V电12、A/D转化器6、型号为VSM025A的电压采集模块7、防反冲保护电路8、切换电路模块9、第一储能电容10以及第二储能电容11，其中PC机1通过串口2与MCU控制模块3相连，MCU控制模块3经过D/A转换器4与DC-DC大功率模块5相连，DC-DC大功率模块5连接24V电瓶12，由DC-DC大功率模块5产生高电压，DC-DC大功率模块5通过防反冲保护电路8连接到切换电路模块9，切换电路模块9的两输出端分别连接第一储能电容10以及第二储能电容11，电压采集模块7采集第一储能电容以及第二储能电容的电压值，并在输出端通过A/D转化器6连接MCU控制模块3。 

如图2所示，切换电路模块包括STC12C5408AD的单片机、型号为EPM1270GT144C5N的CPLD、485通讯模块、第一驱动电路、第二驱动电路、第一切换装置以及第二切换装置，其中单片机通过连接485通讯模块通过串口与PC机连接，单片机连接CPLD，通过CPLD的两输出端分别连接第一驱动电路与第二驱动电路，通过第一驱动电路连接第一切换装置，通过第二驱动电路连接第二切换装置。 

PC机通过串口将PC机设置的电压控制字传输到MCU控制模块，设定初始脉冲矩和充电电压，经过D/A转换器将充电电压控制字转换为模拟量，用于设置DC-DC大功率模块的充电电压，经过DC-DC大功率模块产生出所设的高电压，该高电压经过防反冲保护电路到切换电路模块给第一储能电容以及第二 储能电容充电。防反冲保护电路8为二极管、限流电阻和限流电感串联组成。由于DC-DC大功率模块的最大输出电压为400V，最大电流为2A，二极管用于防止在充电结束后，电容能量反充给DC-DC模块，限流电阻和电感用于限制电流过大。防反冲保护电路采用反向二极管来起到导通与截止的作用。 

储能电容的电压值信号通过电压采集模块返回到MCU控制模块，MCU控制模块进行判断，与设定的电压值进行比较，判断该储能电容进入充电状态或发射状态，充电状态即储能电容的电压值小于设定的电压值，发射状态即储能电容的电压值等于设定的电压值，当一个储能电容处于充电状态时，另一个储能电容进入发射状态，当发射完毕后，若未接收到电压充电就绪的返回值，则进入等待状态。MCU控制模块将状态信息上传至PC机，PC机向切换电路模块发出控制字，切换电路模块切换相应的驱动电路，即将处于充电状态的储能电容接通继续充电，发射状态的储能电容充电电路断开。 

利用快速电源对地下水探测的核磁共振探测过程为，包括以下顺序和步骤: 

a、在测区内选择一测量地点，以探测点为中心，铺设方形发射/接收线圈。 

b、PC机通过串口传送电压控制字至MCU控制模块，设定初始脉冲矩和充电电压，根据设定值分别给两个储能电容充电。储能电压的大小决定发射线圈上的激发电流的大小，进而产生不同强度的激发磁场，以探测不同深度的地下水。 

c、MCU控制模块通过D/A转换器来对DC-DC大功率模块5输出电压0-400V的控制，由切换电路模块控制充电时间及整个充电过程。 

d、通过A/D转化器实时采集逆变产生的输出电压是否与所要求电压相符合，如果不符合通过微处理器进行微调，直到逆变产生的输出电压与预设电压相一致；同时通过A/D转化器的另一通道采集电容的充电电压是否与逆变输出电压一致，如不一致系统继续调整等待电容充电，直至与所设置电压误差在允许误差之内，电容充电完毕。 

e、在激发时，系统控制保护开关(指的是现有核磁共振找水仪中的元件)，使其处于断开状态，对接收端进行保护，当激发结束后，保护开关闭合，将接收线圈中所产生的信号通过保护开关送入信号调理单元(指的是现有核磁共振找水仪中的元件)，获取全波信息，提取MRS信号。 

f、将上述提取的MRS信号进行特征参数提取，获得初始振幅、弛豫时间、相位、频率信息。 

g、根据获得的初始振幅、弛豫时间、相位、频率信息进行正反演处理，估算出地下水储量和渗透率。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (4)

1.一种核磁共振找水仪的快速充放电电源装置，其特征在于，该装置包括PC机、MCU控制模块、D/A转换器、DC-DC大功率模块、24V电瓶、A/D转化器、电压采集模块、防反冲保护电路、切换电路模块、第一储能电容以及第二储能电容，其中PC机通过串口与MCU控制模块相连，MCU控制模块经过D/A转换器与DC-DC大功率模块相连，DC-DC大功率模块连接24V电瓶，由DC-DC大功率模块产生高电压，DC-DC大功率模块通过防反冲保护电路连接到切换电路模块，切换电路模块的两输出端分别连接第一储能电容以及第二储能电容，电压采集模块采集第一储能电容以及第二储能电容的电压值，并在输出端通过A/D转化器连接MCU控制模块。

2.按照权利要求1所述的核磁共振找水仪的核磁共振找水仪的快速充放电电源装置，其特征在于，切换电路模块包括单片机、CPLD、485通讯模块、第一驱动电路、第二驱动电路、第一切换装置以及第二切换装置，其中单片机通过连接485通讯模块通过串口与PC机连接，单片机连接CPLD，通过CPLD的两输出端分别连接第一驱动电路与第二驱动电路，通过第一驱动电路连接第一切换装置，通过第二驱动电路连接第二切换装置。

3.按照权利要求1所述的核磁共振找水仪的快速充放电电源装置，其特征在于，PC机通过串口将PC机设置的电压控制字传输到MCU控制模块，设定初始脉冲矩和充电电压，经过D/A转换器将充电电压控制字转换为模拟量，用于设置DC-DC大功率模块的充电电压，经过DC-DC大功率模块产生出所设的高电压，该高电压经过防反冲保护电路到切换电路模块给第一储能电容以及第二储能电容充电。

4.按照权利要求3所述的核磁共振找水仪的快速充放电电源装置，其特征在于，储能电容的电压值信号通过电压采集模块返回到MCU控制模块，MCU控制模块进行判断，与设定的电压值进行比较，判断该储能电容进入充电状态或发射状态，将状态信息上传至PC机，PC机向切换电路模块发出控制字，切换电路模块切换相应的驱动电路。