CN107329180A - 基于模拟梳状滤波器的磁共振地下水探测装置及探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地球物理勘探领域，尤其是一种基于模拟梳状滤波器的磁共振地下水探测装置及探测方法。包括:计算机、接收机、同步单元、发射机以及与发射机输出连接的发射线圈、与接收机的输入连接的接收线圈，其中：所述计算机通过通讯接口将指令发送至接收机；所述接收机对上位机指令进行处理；所述同步单元同步接收机与发射机；所述接收机控制接收线圈对信号进行接收，所述接收机接收的信号依次经过前置放大单元、带宽滤波单元、梳状滤波单元以及二级放大单元经由采集卡单元传输至所述计算机。本发明通过加入针对于宽带放大器通带内的工频谐波的梳状滤波器，对信号附近的工频谐波进行了很好的压制，同时保证了对有效信号的压制最小。

Description

基于模拟梳状滤波器的磁共振地下水探测装置及探测方法

技术领域

本发明涉及一种地球物理勘探领域，尤其是一种基于模拟梳状滤波器的磁共振地下水探测装置及探测方法。

背景技术

磁共振探测(Magnetic Resonance Sounding，MRS)是目前唯一可以直接对地下水进行无损探测的地球物理方法。目前这种测量方法在背景噪声比较小的情况下，可以有效的探测到地下水信息。CN102096112A公开了一种基于阵列线圈的核磁共振地下水探测仪及野外探测方法。由计算机通过串口线或网口线经控制单元、发射线圈与接收线圈连接构成。不仅能够实现二维地下水成像,还能够实现三维地下水成像,还能够实现高灵敏度采集和远距离的数据传输，提高了核磁共振探测在水平面上的精度。CN102053280A公开了一种带有参考线圈的和磁共振地下水探测系统及探测方法。同步获得核磁共振信号以及参考线圈中噪声信号的波形数据，通过计算二者的相关性，实现参考线圈最佳位置和数量的布设，在信号和噪声特性未知的情况下，采用变步长的算法，最大限度的抵消核磁共振信号中的噪声干扰，有效的提高了仪器的抗干扰性。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，接收机的工作模式可以在测量模式和带参考模式之间由计算机控制切换。接受近可同时配备一个参考线圈和一个接收线圈。根据当地背景噪声的水平可以配置最多8个参考线圈，通过参考线圈的引入，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。CN103955004A公开了一种四通道核磁共振信号全波采集系统及采集方法。由计算机控制系统的整体运行以及对数据进行实时的处理，利用Q-switch电路缩短死区时间，利用前置放大器抵制放大器饱和，用自适应参考消噪算法对采集到的核磁共振信号进行数据处理，有效的提高了仪器的抗干扰能力。

上述方法在背景噪声相对不大的情况下可以测量到比较准确的地下水信息。但是在城市周边等一些工频噪声比较情况下，放大器通带内的工频谐波对测量的过程带来很大的干扰，使得测量结果的可信度很低甚至无法测量到结果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于模拟梳状滤波器的磁共振地下水探测装置及探测方法，针对于放大器通带内严重的工频谐波干扰现象，提在对有效信号影响最小的前提下，对工频谐波信号进行最大的压制，以解决在工频噪声比较大的情况下，磁共振探测装置测量结果可信度比较低甚至无法测量到结果的问题。

本发明是这样实现的，

一种基于模拟梳状滤波器的磁共振地下水探测装置，包括:

计算机、接收机、同步单元、发射机以及与发射机输出连接的发射线圈、与接收机的输入连接的接收线圈，其中：

所述计算机通过通讯接口将指令发送至接收机；

所述接收机对上位机指令进行处理；

所述同步单元同步接收机与发射机；

所述接收机控制接收线圈对信号进行接收，所述接收机接收的信号依次经过前置放大单元、带宽滤波单元、梳状滤波单元以及二级放大单元经由采集卡单元传输至所述计算机。

进一步地，宽带滤波单元的截止频率约为2000Hz-2500Hz。

进一步地，所述梳状滤波单元包括2050Hz的第一陷波器、2150Hz的第二陷波器、2250Hz的第三陷波器、2350Hz的第四陷波器以及2450Hz的第五陷波器。

基于模拟梳状滤波器的磁共振地下水探测方法，

对测量地点的背景噪声进行估计，合理设定放大器的放大倍数；

根据发射线圈的电感值选择合适的配谐电容；

将铺设好发射线圈与发射电容、发射机连接；

将铺设好的接收线圈与接收机连接；

将计算机通过串口线与接收机连接，在计算机的上位机软件中对测试过程中的参数进行设置；

接通电源，通过计算机的上位机软件控制基于模拟梳状滤波器的磁共振地下水探测装置的运行；

计算机通过通讯端口将指令发给接收机，接收机接收到的指令进行处理，通过同步单元与发射机进行同步；

发射机内部的发射控制控制高压电源和发射桥路发射高压交流激发脉冲信号，激发测试地点的地下水体中的氢质子，待激发完成后发射控制控制高压电源和发射桥路停止激发，接收机通过同步单元接收到发射机的停止发射的指令，接收机开始接收待测量信号；

接收线圈将接收到的测量信号，经过保护单元、前置放大单元、宽带滤波单元、梳状滤波单元、二级放大单元和采集卡单元，传输到计算机；

计算机对由采集卡单元传输来的被测量数据进行实施的显示。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：

本发明与目前存在的磁共振地下水探测仪器相比，通过加入针对于宽带放大器通带内的工频谐波的梳状滤波器，对信号附近的工频谐波进行了很好的压制，同时保证了对有效信号的压制最小。该种方法的为磁共振地下水探测仪在工频谐波干扰比较严重的区域对地下水文信息进行有效的测量提供了可能，使得测量结果的可信程度得到了很大程度的提高。

以阻带100Hz左右；中心频率衰减25dB左右：通频带波动1dB以内的陷波器为例。

在拉莫尔频率为2330Hz的情况下，与工频谐波信号2350比较接近，采取的方法是中心频率设计为2370Hz，实测是对信号的衰减是-2dB以内，同时对2350Hz的噪声衰减达到-20dB，在对有效信号影响最小的前提下，对干扰信号进行了最大的压制。对远离信号频率的干扰信号，采取以干扰信号为中心频率的设计方案进行陷波器的设计，实测对噪声的压制为-25dB左右，对干扰进行了比较好的压制。

附图说明

图1是模拟梳状滤波器与磁共振地下水探测装置整体框图；

图2为附图1中的发射机的结构框图；

图3为附图1中的接收机的结构框图；

图4为附图3中的梳状滤波单元结构框图。

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。

参见图1，一种基于模拟梳状滤波器的磁共振地下水探测装置，是由计算机1经接收机2与接收线圈5连接，接收机2经同步单元3，发射机4与发射线圈6连接构成。

发射机4是由同步单元3经过发射控制7，发射桥路9与发射线圈6和配谐电容10连接，经过发射控制7、高压电源8、发射桥路9与发射线圈6和配谐电容10连接构成。

接收机2是由通讯接口11经过采集卡单元12、二级放大单元13、梳状滤波单元14、宽带滤波单元15、前置放大单元16、保护单元17与接收线圈5连接，同步单元3经过采集卡单元12、二级放大单元13、梳状滤波单元14、宽带滤波单元15、前置放大单元16、保护单元17与接收线圈5相连构成。

其中，计算机通过通讯接口将指令发送至接收机；接收机对上位机指令进行处理；同步单元同步接收机与发射机；接收机控制接收线圈对信号进行接收，接收机接收的信号依次经过前置放大单元、带宽滤波单元、梳状滤波单元以及二级放大单元经由采集卡单元传输至所述计算机。宽带滤波单元的截止频率约为2000Hz-2500Hz。

参见图4，梳状滤波单元包括依次连接的2050Hz的第一陷波器18、2150Hz的第二陷波器19、2250Hz的第三陷波器20、2350Hz的第四陷波器21以及2450Hz的第五陷波器22。

以阻带100Hz左右；中心频率衰减25dB左右：通频带波动1dB以内的陷波器为例。

在拉莫尔频率为2330Hz的情况下，与工频谐波信号2350比较接近，采取的方法是中心频率设计为2370Hz，实测是对信号的衰减是-2dB以内，同时对2350Hz的噪声衰减达到-20dB，在对有效信号影响最小的前提下，对干扰信号进行了最大的压制。对远离信号频率的干扰信号，采取以干扰信号为中心频率的设计方案进行陷波器的设计，实测对噪声的压制为-25dB左右，对干扰进行了比较好的压制。

工作过程为：

a.选择进行实验的地点，铺设发射线圈6和接收线圈5.

b.将计算机1通过串口通讯线与接收机2相连，将发射机4通过同步单元3与接收机连接。

c.将接收机2与接收线圈5相连，将发射机与发射线圈6与配谐电容10连接。

d.计算机1通过通讯接口11将上位机指令发送给接收机2，接收机2对上位机指令进行处理后，通过同步单元3与发射机4进行同步。在发射过程中，发射控制7控制高压电源8与发射桥路9通过发射线圈6和配谐电容10频率为当地拉莫尔频率的高压交流激发脉冲信号。对实验地点的被测量水体进行激发。激发完成后，接收机2控制接收线圈5对信号进行接收，信号经过保护单元17，前置放大单元16，宽带滤波单元15，梳状滤波单元14，二级放大单元13，进入采集卡单元12，采集卡单元12经过串口线将采集到的信号传送到计算机1。

e.后期将计算机1收到的数据进行处理，得到实验地点的地下水水文信息。

测量之前对利用磁力仪对当地的拉莫尔频率进行测量，保证下一步实验的顺利进行。

对测量地点的背景噪声进行估计，合理设定放大器的放大倍数。

根据发射线圈6的电感值选择合适的配谐电容10，依据原理为LC谐振原理。将铺设好发射线圈6与发射电容10、发射机4连接。将铺设好的接收线圈5与接收机2连接。

将计算机1通过串口线与接收机2连接，在计算机1的上位机软件中对实验过程中的参数进行设置。

接通电源，通过计算机1的上位机软件控制基于模拟梳状滤波器的磁共振地下水探测装置的运行。计算机1通过通讯端口11将指令发给接收机2，接收机2接收到的指令进行处理，通过同步单元3与发射机4进行同步。首先发射机4内部的发射控制7控制高压电源8和发射桥路9发射高压交流激发脉冲信号，激发实验地点的地下水体中的氢质子，待激发完成后发射控制7控制高压电源8和发射桥路9停止激发，接收机2通过同步单元3接收到发射机4的停止发射的指令，接收机2开始接收待测量信号。接收线圈5将接收到的测量信号，经过保护单元17、前置放大单元16、宽带滤波单元15、梳状滤波单元14、二级放大单元13和采集卡单元12，传输到计算机1。计算机1对由采集卡单元12传输来的被测量数据进行实施的显示。

后期对实验采集到的数据进行反演解释，得到实验地点的地下水文信息。

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)

1.一种基于模拟梳状滤波器的磁共振地下水探测装置，其特征在于，包括:

计算机、接收机、同步单元、发射机以及与发射机输出连接的发射线圈、与接收机的输入连接的接收线圈，其中：

所述计算机通过通讯接口将指令发送至接收机；

所述接收机对上位机指令进行处理；

所述同步单元同步接收机与发射机；

所述接收机控制接收线圈对信号进行接收，所述接收机接收的信号依次经过前置放大单元、带宽滤波单元、梳状滤波单元以及二级放大单元经由采集卡单元传输至所述计算机。

2.按照权利要求1所述的基于模拟梳状滤波器的磁共振地下水探测装置，其特征在于，宽带滤波单元的截止频率约为2000Hz-2500Hz。

3.按照权利要求1或2所述的基于模拟梳状滤波器的磁共振地下水探测装置，其特征在于，所述梳状滤波单元包括2050Hz的第一陷波器、2150Hz的第二陷波器、2250Hz的第三陷波器、2350Hz的第四陷波器以及2450Hz的第五陷波器。

4.基于模拟梳状滤波器的磁共振地下水探测方法，其特征在于，

对测量地点的背景噪声进行估计，合理设定放大器的放大倍数；

根据发射线圈的电感值选择合适的配谐电容；

将铺设好发射线圈与发射电容、发射机连接；

将铺设好的接收线圈与接收机连接；

将计算机通过串口线与接收机连接，在计算机的上位机软件中对测试过程中的参数进行设置；

接通电源，通过计算机的上位机软件控制基于模拟梳状滤波器的磁共振地下水探测装置的运行；

计算机通过通讯端口将指令发给接收机，接收机接收到的指令进行处理，通过同步单元与发射机进行同步；

发射机内部的发射控制控制高压电源和发射桥路发射高压交流激发脉冲信号，激发测试地点的地下水体中的氢质子，待激发完成后发射控制控制高压电源和发射桥路停止激发，接收机通过同步单元接收到发射机的停止发射的指令，接收机开始接收待测量信号；

接收线圈将接收到的测量信号，经过保护单元、前置放大单元、宽带滤波单元、梳状滤波单元、二级放大单元和采集卡单元，传输到计算机；

计算机对由采集卡单元传输来的被测量数据进行实施的显示。