CN108037540A - 一种基于wifi的多节点隧道核磁共振探测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于WIFI的多节点隧道核磁共振探测装置及方法。由大功率发射系统连接发射线圈，由一条同步信号传输线与接收系统间进行同步信号传递，由接收系统连接接收线圈，同时通过WIFI无线传输功能将采集数据传递给传输节点，同样，传输节点通过WIFI无线传输功能将数据再次传送给接收节点。通过WIFI无线通信的中继传输模式加长了核磁共振探测发射装置与最终接收节点间的距离，使得操作人员在很远距离外即可收到探测信号，减少了隧道坍塌对操作人员的生命安全影响，使得核磁共振探测方法在隧道中的实施更便捷。

Description

一种基于WIFI的多节点隧道核磁共振探测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种地球物理勘探设备，尤其是基于WiFi方式的多节点数据传输的核磁共振原理的应用于隧道的探测装置。。

背景技术

核磁共振探测方法是一种间接无破坏探测地下水的方法，近些年在干旱地区地下水探测，滑坡、堤坝渗水探测，隧道、矿井的突水探测方面取得了较好的应用效果。然而在隧道的探测过程中面对的岩爆等问题对探测人员的生命安全带来了一定威胁。所以能够远距离对核磁共振探测装置进行操控和数据回收，是解决这一问题的关键。

中国专利CN201410027063公开了一种“基于无线网络的地下全波核磁共振探测装置”是由发射机上位机平台通过网口线与无线网络数据收发单元、无线网络天线连接，发射机上位机平台通过串口总线与发射机、发射线圈连接，接收机上位机平台通过串口总线与接收机、接收线圈连接，接收机上位机平台通过网口线与无线网络接收节点连接，无线网络接收节点连接至经无线网络收发天线产生的无线网络连接构成。上述发明所设计的基于无线网络的地下全波核磁共振探测装置是发射机上位机通过无线网络数据收发单元与接收机上位机平台进行无线通讯连接，实现接收机上位机平台与发射机上位机平台之间的数据共享，其中发射机与接收机完全独立，且无电缆连接，两者仅通过无线同步收发终端和无线网络传输信号与数据，简化了整体系统的连接步骤和操作方式。接收机与发射机之间可以任意调整无距离限制，方便在地下工程狭小空间中进行探测，提高了地下水体探测的灵活性和实用性，然而上述发明实现了发射机和接收机间的数据无线传输与共享，并不能实现将接收机的数据传输到更远的距离，不适合远距离对接收数据的回收和操控。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于WIFI的多节点隧道核磁共振探测装置，通过多节点数据传输增加了接收节点与接收上位机的距离，保证了操作人员的探测过程安全性。

本发明是这样实现的，第一方面，本发明提供了一种基于WIFI的多节点隧道核磁共振探测装置，该装置包括：发射线圈、接收线圈、大功率发射系统、同步信号传输线、接收系统、传输节点以及接收节点，

所述大功率发射系统，与发射线圈相连，用于发射大功率电流信号到发射线圈中，同时将该电流信号的同步信号通过同步信号传输线传输给一接收系统；

所述同步信号传输线，连接大功率发射系统和接收系统，当开机运行后，此信号线将传递接收系统给大功率发射系统的发射控制信号；当开始发射时，此信号线将该大功率发射系统发射的电流信号同步信号传输给接收系统；

所述接收系统，与接收线圈连接，采集接收线圈接收到的核磁共振信号，通过同步信号传输线与大功率发射系统相连，将发射控制信号传输给大功率发射系统，同时通过WIFI无线通信端口与传输节点间进行数据通信，将采集到的核磁共振信号发送给传输节点；

所述传输节点，通过WiFi无线通信端口与接收系统和接收节点间进行数据传输，通过传输节点的数据传递功能延长数据传输的距离；

所述接收节点，通过WiFi无线通信端口与传输节点间进行数据传输，接收传输节点传输的数据。

进一步地，所述大功率发射系统包括大功率电源、发射主控电路、驱动电路、发射桥路以及配谐电容，大功率电源为发射主控电路、驱动电路和发射桥路供电，发射主控电路与同步信号传输线连接，与接收系统进行信号传递，通过驱动电路，给驱动电路发送发射控制信号，产生高电平的驱动信号，再传送至发射桥路，发射大电流信号，同时发射桥路经过配谐电容与发射线圈连接，进行阻抗匹配，发送最大发射功率。

进一步地，所述的接收系统包括前端信号调理电路、采集板卡、WIFI模块、主控制器以及外部存储卡，接收线圈接收到核磁共振信号通过前端信号调理电路进行滤波放大整形接入采集板卡，采集板卡将模拟信号转换为数字信号进行后续的存储，再将数据波形传至主控制器，并存储于外部存储卡，采集完毕后，主控制器控制WIFI模块与传输节点间通信，向传输节点发送核磁共振探测数据。

进一步地，所述的传输节点包括供电电源，ARM处理器，外部存储卡以及WIFI模块，外部电源为ARM处理器和WIFI模块供电，通过WIFI模块与接收系统及接收节点间进行数据通信，ARM处理器将WIFI模块接收到的无线数据存储于外部存储卡中，当数据存储完毕后，ARM处理器控制WIFI模块，进入命令处理模式，此时ARM处理器给WIFI模块发送控制命令，与接收节点间建立新的数据连接，发送数据给接收节点。

进一步地，所述的接收节点包括供电电源、WIFI模块以及上位机，供电电源为WIFI模块供电，通过WIFI模块接收到传输节点发过来的核磁共振信号，然后传输给上位机，上位机对数据进行存储和显示。

进一步地，所述的接收系统判断采集是否完毕，当数据采集完毕后，将WIFI模块配置为客户模式，进行组网连接接收节点，然后给传输节点发送数据，如果没有采集完毕则继续等待。

进一步地，所述的传输节点开始初始化为服务器模式，检测是否收到接收系统发的中继数据包，如果是则进行登记处理，对收到的数据包进行数据采集并存储，然后将WIFI模块配置成客户模式，进行组网连接接收节点，连接后发送数据给接收节点，再次初始化为服务器模式，如果没有收到中继数据包就始终初始化为服务器模式，等待接收中继数据。

进一步地，所述的接收节点开始初始化为服务器模式，检测是否收到传输节点发的中继数据包，如果是则进行登记处理，对收到的数据包进行数据采集，然后将采集到的数据发送至上位机进行存储，之后继续初始化为服务器模式，检测是否收到中继数据包，如果没有收到，继续初始化为服务器模式，等待。

第二方面，本发明还提供了一种基于WIFI的多节点隧道核磁共振探测方法，包括如下的步骤：

在需要探测地下水或是隧道中含水量的区域摆放好核磁共振的大功率发射系统，发射线圈，根据发射线圈的位置摆放好核磁共振的接收线圈和接收系统，同时在大功率发射系统和接收系统之间连接好同步信号传输线；

根据WIFI模块两点间的通信距离和接收系统的位置来摆放传输节点的位置，同时传输节点要尽量靠近隧道的出口越安全的地点越好；

对不同的环境条件进行WIFI有效传输距离测试：开启接收系统和传输节点，通过对接收系统的发送包数和传输节点的接收包数对比，检测有无丢包现象，在丢包数为零，信号稳定的距离范围内找好最大传输距离作为有效传输距离；

根据WIFI模块两点间的通信距离和传输节点的位置在更远离接收系统的方向来摆放接收节点，接收节点距离接收系统是双倍的WIFI模块通信距离；

将大功率发射系统和接收系统开机，接收系统中采集板卡通过同步信号传输线给发射系统发送开始发射的信号，发射系统接收到此信号后开始发射并通过同步信号传输线给接收系统传输发射同步信号，接收系统收到此信号后开始采集；

当接收系统采集到核磁共振信号后并将数据存储于外部存储卡中，主控制器将接收系统的WIFI模块配置为客户模式，组网连接传输节点，给传输节点发送数据；

当传输节点收到信号后，传输节点的WIFI模块与接收节点中的WIFI模块通过无线连接，将传输节点中收到的核磁共振信号传输给接收节点，并将其存储于上位机。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明将核磁共振探测地下的原理和WIFI无线通讯技术的优势相结合，基于WIFI的多节点核磁共振探测装置，在发射装置和接收节点间加入了接收系统和传输节点，延长了发射装置与最后接收节点间的距离，可以远距离的接收到核磁共振信号，方便了探测人员对核磁共振信号的回收，能有效的减少隧道坍塌事故对探测人员生命安全的伤害，加强了系统的灵活性和实用性，特别适用于隧道这种工作环境危险，人员较难靠近的探测环境下。

附图说明

图1是本发明实施例中基于WIFI的多节点隧道核磁共振探测装置的总体框图；

图2是大功率发射系统原理框图；

图3是接收系统原理框图；

图4是传输节点原理框图；

图5是接收节点原理框图；

图6是接收系统ARM控制WIFI工作流程图；

图7是传输节点WIFI中继算法流程图；

图8是接收节点ARM控制WIFI工作流程图；

1大功率发射系统，2发射线圈，3接收线圈，4接收系统，5传输节点，6接收节点，7同步信号传输线，8发射主控电路，9驱动电路，10发射桥路，11配谐电容，12信号调理电路，13采集板卡，14主控制器，15WIFI模块，16外部存储卡，17外部存储卡，18ARM处理器，19WIFI模块，20SDRAM，21供电电源，22供电电源，23WIFI模块，24上位机。

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。

图1是基于WiFi的多节点隧道核磁共振探测装置总体框图包括大功率发射系统1，发射线圈2，接收线圈3，接收系统4，传输节点5，接收节点6和同步信号传输线7几个部分。

大功率发射系统，与发射线圈相连，用于发射大功率电流信号到发射线圈中，同时将该电流信号的同步信号通过同步信号传输线传输给一接收系统；

同步信号传输线，连接大功率发射系统和接收系统，当开机运行后，此信号线将传递接收系统给大功率发射系统的发射控制信号；当开始发射时，此信号线将该大功率发射系统发射的电流信号同步信号传输给接收系统；

接收系统，与接收线圈连接，采集接收线圈接收到的核磁共振信号，通过同步信号传输线与大功率发射系统相连，将发射控制信号传输给大功率发射系统，同时通过WIFI无线通信端口与传输节点间进行数据通信，将采集到的核磁共振信号发送给传输节点；

传输节点，通过WIFI无线通信端口与接收系统和接收节点间进行数据传输，通过传输节点的数据传递功能延长数据传输的距离；

接收节点，通过WIFI无线通信端口与传输节点间进行数据传输，接收传输节点传输的数据。

参见图2是大功率发射系统框图，大功率发射系统1，是由发射主控电路8控制驱动电路9，驱动电路9产生大功率发射电流给发射桥路10，发射桥路10与配谐电容11连接，最后连接发射线圈2，在大功率发射系统中大功率电源13给发射主控电路8，驱动电路9，和发射桥路10供电。

参见图3是接收系统框图，接收系统4，是由信号调理电路12，采集板卡13，主控制器14，WIFI模块15以及外部存储卡16，其中信号调理电路12连接接收线圈3，对接收线圈3接收到的信号进行滤波放大等模拟信号处理，然后将模拟信号传输到采集板卡13，采集板卡将采集到核磁共振信号传输给主控制器14，同时通过WiFi模块15向传输节点5传输信号。

参见图4是传输节点框图，传输节点5，是由供电电源21给ARM处理器18和WIFI模块19进行供电，WIFI模块19接收接收系统传输过来的核磁共振信号，传输给ARM处理器18，再存储于外部存储卡17，并连接有同步动态随机存储器SDRAW20。当接收到核磁共振信号后，ARM处理器控制WIFI模块19与接收节点6连接，将信号再传输给接收节点6。

参见图5是接收节点框图，接收节点6主要由供电电源22给WIFI模块23供电，WIFI模块23接收到核磁共振信号后传输给上位机24，上位机24对核磁共振信号进行存储。

参见图6是接收系统4中ARM控制WIFI工作流程图，当ARM处理器采集完数据后，将WIFI配置为客户模式，组网连接传输节点5，给传输节点5发送数据。

参见图7是传输节点5WIFI中继算法流程图，此时传输节点5中的WIFI作为中继节点首先是初始化服务器模式，接收接收系统4发过来的核磁共振数据，又转换为客户模式，组网连接接收节点6，之后将数据发送给接收节点6。

具体为：开始初始化为服务器模式，检测是否收到接收系统发的中继数据包，如果是则进行登记处理，对收到的数据包进行数据采集并存储，然后将WIFI模块配置成客户模式，进行组网连接接收节点，连接后发送数据给接收节点，再次初始化为服务器模式，如果没有收到中继数据包就始终初始化为服务器模式，等待接收中继数据。

图8是接收节点ARM控制WIFI工作流程图，是将WIFI模块开始初始化为服务器模式，等待接收传输节点5发过来的中继数据包，然后将数据发送至上位机进行存储。具体为：接收节点开始初始化为服务器模式，检测是否收到传输节点发的中继数据包，如果是则进行登记处理，对收到的数据包进行数据采集，然后将采集到的数据发送至上位机进行存储，之后继续初始化为服务器模式，检测是否收到中继数据包，如果没有收到，继续初始化为服务器模式，等待。

基于WIFI的多节点隧道核磁共振探测装置及方法包括以下的顺序和步骤：

首先在需要探测地下水或是隧道中含水量的区域摆放好核磁共振的大功率发射系统1，发射线圈2，根据发射线圈的位置摆放好核磁共振的接收线圈3和接收系统4，同时在大功率发射系统1和接收系统4之间连接好同步信号传输线7。

根据WIFI模块两点间的通信距离和接收系统4的位置来摆放传输节点5的位置，同时传输节点5要尽量靠近隧道的出口越安全的地点越好。

对不同的环境条件进行WIFI有效传输距离测试：开启接收系统4和传输节点5，接收系统4和传输节点5分别按照图6和图7的工作流程工作，通过对接收系统4的发送包数和传输节点5的接收包数对比，检测有无丢包现象，在丢包数为零，信号稳定的距离范围内找好最大传输距离作为有效传输距离。

同理根据WIFI模块两点间的通信距离和传输节点5的位置在更远离接收系统4的方向来摆放接收节点6，这样接收节点6距离接收系统4是双倍的WIFI模块通信距离。

将大功率发射系统1和接收系统4开机，接收系统4中采集板卡13通过同步信号传输线7给发射系统1发送开始发射的信号，发射系统接收到此信号后开始发射并通过同步信号传输线7给接收系统4传输发射同步信号，接收系统4收到此信号后开始采集。

当接收系统4采集到核磁共振信号后并将数据存储于外部存储卡16中，然后主控制器14将WIFI配置为客户模式，组网连接传输节点，给传输节点5发送数据。

传输节点5相当于WIFI传输中的中继站，当收到信号后，WIFI模块19按照图7中的中继算法流程与接收节点6中的WIFI模块23通过无线连接，将传输节点5中收到的核磁共振信号传输给接收节点6，并将其存储于上位机24中。

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 (9)

1.一种基于WIFI的多节点隧道核磁共振探测装置，其特征在于，该装置包括：发射线圈、接收线圈、大功率发射系统、同步信号传输线、接收系统、传输节点以及接收节点，

所述大功率发射系统，与发射线圈相连，用于发射大功率电流信号到发射线圈中，同时将该电流信号的同步信号通过同步信号传输线传输给一接收系统；

所述同步信号传输线，连接大功率发射系统和接收系统，当开机运行后，此信号线将传递接收系统给大功率发射系统的发射控制信号；当开始发射时，此信号线将该大功率发射系统发射的电流信号同步信号传输给接收系统；

所述接收系统，与接收线圈连接，采集接收线圈接收到的核磁共振信号，通过同步信号传输线与大功率发射系统相连，将发射控制信号传输给大功率发射系统，同时通过WIFI无线通信端口与传输节点间进行数据通信，将采集到的核磁共振信号发送给传输节点；

所述传输节点，通过WiFi无线通信端口与接收系统和接收节点间进行数据传输，通过传输节点的数据传递功能延长数据传输的距离；

所述接收节点，通过WiFi无线通信端口与传输节点间进行数据传输，接收传输节点传输的数据。

2.按照权利要求1所述的基于WIFI的多节点隧道核磁共振探测装置，其特征在于，所述大功率发射系统包括大功率电源、发射主控电路、驱动电路、发射桥路以及配谐电容，大功率电源为发射主控电路、驱动电路和发射桥路供电，发射主控电路与同步信号传输线连接，与接收系统进行信号传递，通过驱动电路，给驱动电路发送发射控制信号，产生高电平的驱动信号，再传送至发射桥路，发射大电流信号，同时发射桥路经过配谐电容与发射线圈连接，进行阻抗匹配，发送最大发射功率。

3.按照权利要求1所述的基于WIFI的多节点隧道核磁共振探测装置，其特征在于，所述的接收系统包括前端信号调理电路、采集板卡、WIFI模块、主控制器以及外部存储卡，接收线圈接收到核磁共振信号通过前端信号调理电路进行滤波放大整形接入采集板卡，采集板卡将模拟信号转换为数字信号进行后续的存储，再将数据波形传至主控制器，并存储于外部存储卡，采集完毕后，主控制器控制WIFI模块与传输节点间通信，向传输节点发送核磁共振探测数据。

4.按照权利要求1所述的基于WIFI的多节点隧道核磁共振探测装置，其特征在于，所述的传输节点包括供电电源，ARM处理器，外部存储卡以及WIFI模块，外部电源为ARM处理器和WIFI模块供电，通过WIFI模块与接收系统及接收节点间进行数据通信，ARM处理器将WIFI模块接收到的无线数据存储于外部存储卡中，当数据存储完毕后，ARM处理器控制WIFI模块，进入命令处理模式，此时ARM处理器给WIFI模块发送控制命令，与接收节点间建立新的数据连接，发送数据给接收节点。

5.按照权利要求1所述的基于WIFI的多节点隧道核磁共振探测装置，其特征在于，所述的接收节点包括供电电源、WIFI模块以及上位机，供电电源为WIFI模块供电，通过WIFI模块接收到传输节点发过来的核磁共振信号，然后传输给上位机，上位机对数据进行存储和显示。

6.按照权利要求3所述的基于WIFI的多节点隧道核磁共振探测装置，其特征在于，所述的接收系统判断采集是否完毕，当数据采集完毕后，将WIFI模块配置为客户模式，进行组网连接接收节点，然后给传输节点发送数据，如果没有采集完毕则继续等待。

7.按照权利要求4所述的基于WIFI的多节点隧道核磁共振探测装置，其特征在于，所述的传输节点开始初始化为服务器模式，检测是否收到接收系统发的中继数据包，如果是则进行登记处理，对收到的数据包进行数据采集并存储，然后将WIFI模块配置成客户模式，进行组网连接接收节点，连接后发送数据给接收节点，再次初始化为服务器模式，如果没有收到中继数据包就始终初始化为服务器模式，等待接收中继数据。

8.按照权利要求5所述的基于WIFI的多节点隧道核磁共振探测装置，其特征在于，所述的接收节点开始初始化为服务器模式，检测是否收到传输节点发的中继数据包，如果是则进行登记处理，对收到的数据包进行数据采集，然后将采集到的数据发送至上位机进行存储，之后继续初始化为服务器模式，检测是否收到中继数据包，如果没有收到，继续初始化为服务器模式，等待。

9.一种基于WIFI的多节点隧道核磁共振探测方法，其特征在于，包括如下的步骤：

在需要探测地下水或是隧道中含水量的区域摆放好核磁共振的大功率发射系统，发射线圈，根据发射线圈的位置摆放好核磁共振的接收线圈和接收系统，同时在大功率发射系统和接收系统之间连接好同步信号传输线；

根据WIFI模块两点间的通信距离和接收系统的位置来摆放传输节点的位置，同时传输节点要尽量靠近隧道的出口越安全的地点越好；

对不同的环境条件进行WIFI有效传输距离测试：开启接收系统和传输节点，通过对接收系统的发送包数和传输节点的接收包数对比，检测有无丢包现象，在丢包数为零，信号稳定的距离范围内找好最大传输距离作为有效传输距离；

根据WIFI模块两点间的通信距离和传输节点的位置在更远离接收系统的方向来摆放接收节点，接收节点距离接收系统是双倍的WIFI模块通信距离；

将大功率发射系统和接收系统开机，接收系统中采集板卡通过同步信号传输线给发射系统发送开始发射的信号，发射系统接收到此信号后开始发射并通过同步信号传输线给接收系统传输发射同步信号，接收系统收到此信号后开始采集；

当接收系统采集到核磁共振信号后并将数据存储于外部存储卡中，主控制器将接收系统的WIFI模块配置为客户模式，组网连接传输节点，给传输节点发送数据；

当传输节点收到信号后，传输节点的WIFI模块与接收节点中的WIFI模块通过无线连接，将传输节点中收到的核磁共振信号传输给接收节点，并将其存储于上位机。