CN201051151Y - 一种核磁共振找水仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种核磁共振找水仪，由发射系统、信号接收系统、微机控制与记录系统三部分组成，DC/DC变换器一端连接电池，另一端连接超强储能器；超强储能器与大功率交流方波发生器连接，其中间设有开关K1，大功率交流方波发生器还与共振频率发生器、开关K2、K3连接；开关K2与K3之间串接发射线圈和配谐电容器组；K3、K4分别连接超低噪声放大器，再连接相关检测放大器，再连接检波器和相位检测器，检波器连接A/D转换器并连接微机控制与记录系统，相位检测器与共振频率发生器和A/D转换器连接并连接微机控制与记录系统。本实用新型有益效果为：体积、重量小，仪器工作安全性、可靠性大大提高，能量利用率高，频率稳定性好。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种核磁共振找水仪。
背景技术
目前的核磁共振找水仪的重要缺点在于储能器件采用常规的低电容量、高内阻、大体积重量的电解电容，为了克服内阻影响，获得200安培大发射电流，必须将其端电压充至400伏以上高电压、安全性差，但发射时电压与功率却大部消耗在其内阻上，变为无效的热能，使用于外部发射以激发质子旋进的有效功率比低，且由于电容器组总电容量很低(毫法级)所储电量小，发射时其端电压按指数衰减方式快速下降，造成仪器发射的交变激发电流幅值也呈指数型下降，造成质子激发不充分，产生的旋进信号值低，不利于探测找水目的。总体造成核磁共振找水仪体积重量大、安全性差、能量利用低、激发效果差、故障率偏高。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种核磁共振找水仪，以克服现有找水仪器能量利用低及激发效果差的不足。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：
一种核磁共振找水仪，由发射系统、信号接收系统、微机控制与记录系统三部分组成，发射系统包括DC/DC变换器、超强储能器、共振频率发生器、大功率交流方波发生器、发射线圈、配谐电容组、K1至K3开关组；信号接收系统包括接收线圈、配谐电容组、开关K2、K3、K4、超低噪声放大器、相关检测放大器、检波器、相位检测器；微机控制及数据收录系统包括A/D转换器、CPU、存储器等；DC/DC变换器一端连接电池，另一端连接超强储能器；超强储能器与大功率交流方波发生器连接，其中间设有开关K1，大功率交流方波发生器还分别与共振频率发生器、开关K2、开关K3连接；开关K2与开关K3之间串接发射线圈和配谐电容组；开关K3、K4分别连接超低噪声放大器，超低噪声放大器连接相关检测放大器，相关检测放大器连接检波器和相位检测器，检波器连接A/D转换器并连接至微机控制与记录系统，相位检测器与共振频率发生器和A/D转换器连接并连接至微机控制与记录系统。
本实用新型采用超强储能器取代电解电容，其特点是体积、重量小，超高储能量(等效容量达10发拉，比国外仪器大三个数量级)，超低内阻(比国外仪器低三个数量级)，同样获得200安培大发射电流，端压仅充至60伏即可，所储电量充足，发射周期内，端压几无下降，使发射的交变电流保持等幅发射，能较充分激发质子产生较强的旋进信号，使找水探测灵敏度提高；由于充电电压大幅降低，大功率交流方波发生器调制开关器件的功耗大为降低、安全性提高，使仪器工作的安全性、可靠性大大提高；由于储能器内阻极低，发射时储能器内部功耗极低，输出能量几乎全部用于产生激发场，能量利用率很高。
所述共振频率发生器采用数字频率合成集成电路(DDS)芯片，可根据当地地磁场强度值产生相应的氢原子核(质子)核磁共振的拉莫尔频率，此拉莫尔频率信号作为大功率交流方波发生器的信号源，其特点是电路简单，功耗低，频率分辨率高(0.01Hz)，可由微机编程控制产生任意所需激发共振频率，且频率稳定性好，为高质量交流激发信号的获得奠定了基础。
本实用新型采用的超低噪声放大器、弱信号相关检测放大器使接收系统等效输入噪声低至nv以下，并具有极强的抗干扰能力，放大倍数可达106，可保证氢原子核产生的nv-μv级的微弱信号得以有效的放大测量。DC/DC转换器模块将小功率直流电源(蓄电池)调制为交流，再经变压、整流、滤波、输出电压反馈控制等电路，获得输出电压可控的直流，对超强储能器充电储能，储能后的储能器作为低内阻、高储能量、能短时大电流等幅放电的新的大功率等效直流电源。大功率交流方波发生器以共振频率发生器送出的拉莫尔频率为信号源，以充电后的超强储能器为直流电源，经大功率VMOS管桥路调制输出基频为拉莫尔频率的正、负方波作激励，由发射线圈与配谐电容组成串联谐振回路输出，可获得最强的正弦波发射电流
本实用新型有益效果为：本实用新型所述的核磁共振找水仪体积、重量小，仪器工作的安全性、可靠性大大提高，能量利用率很高，频率稳定性好。
附图说明
下面根据附图对本实用新型作进一步详细说明。
图1是本实用新型实施例所述的核磁共振找水仪的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型实施例所述的一种核磁共振找水仪，由发射系统、信号接收系统、微机控制与记录系统三部分组成，发射系统包括DC/DC变换器、超强储能器、共振频率发生器、大功率交流方波发生器、发射线圈L、配谐电容组C、K1至K3开关组；信号接收系统包括接收线圈L、配谐电容组C、开关K2、K3、K4、超低噪声放大器、相关检测放大器、检波器、相位检测器；微机控制及数据收录系统包括A/D转换器、CPU、存储器等；DC/DC变换器一端连接电池，另一端连接超强储能器；超强储能器与大功率交流方波发生器连接，其中间设有开关K1，大功率交流方波发生器还分别与共振频率发生器、开关K2、开关K3连接；开关K2与开关K3之间串接发射线圈L和配谐电容C；开关K3、K4分别连接超低噪声放大器，超低噪声放大器连接相关检测放大器，相关检测放大器连接检波器和相位检测器，检波器连接A/D转换器并连接至微机控制与记录系统，相位检测器与共振频率发生器和A/D转换器连接并连接至微机控制与记录系统。
当开关K1、K3闭合，开关k4断开，开关K2与A端相接时为发射工作状态，此时发射线圈L与选配好的配谐电容C串联后，接于大功率交流方波发生器输出端，此串联回路将串联谐振于拉莫尔频率，其结果是发射线圈中的发射电流为单一拉莫尔频率正弦波，回路交流阻抗为零，发射电流幅值I等于方波幅值电压V(近似于储能器直流电压)与线圈直流电阻(R)的比值，因R值很小，发射电流将很大，发射线圈L的交流电压幅值等于2∏fLI(f为拉莫尔频率，L为发射线圈电感量，I为发射电流值)，范围为百伏至千伏以上，因此发射功率很大，发射脉冲宽度一般控制为40ms；发射脉冲停止后的数ms至30ms，微机将发出指令，将K1、K3关断，K4闭合，K2与B端相接，此时为信号接收状态，发射线圈L此时成为氢原子核旋进信号的接收线圈，并与配谐电容C并联组成谐振回路，因同样谐振于拉莫尔频率，除氢核旋进信号被显著增强外，其它的干扰信号将大幅度滤掉；接收信号经K4传给超低噪声放大器预放大，因此放大器等效输入噪声极低，输入的nv-μv级微信号经它预放大后将极大提高信噪比，为后级的进一步放大处理创造了条件。它的输出信号输入至下级微信号相关检测放大器，此级具有极强的压制干扰信号的能力，可在较强的干扰信号背景中，将微小的有用信号检出放大，输出足够幅值的信号电压，用于检测；放大后输出的信号波形为幅度近似指数衰减的正弦波信号(频率为拉莫尔频率)此信号一路输出给检波器整流滤波后，输出作为正弦波信号幅值包络线的直流衰减信号，在经A/D转换后被数字记录系统收录；另一路信号输给相位检测器，在与核磁共振频率发生器输出的参考信号比较后，输出相移信号，再经A/D转换后被数字记录系统记录。微机控制与记录系统为现有技术，由CPU、程序存储器、数据存储器、接口电路等组成，负责整个仪器的操作过程、数据收录、运算、显示等的自动控制，在此不再详细描述。
Claims (4)
1.一种核磁共振找水仪，由发射系统、信号接收系统、微机控制与记录系统三部分组成，发射系统包括DC/DC变换器、超强储能器、共振频率发生器、大功率交流方波发生器、发射线圈、配谐电容器组、K1至K3开关组；信号接收系统包括接收线圈、配谐电容器组、开关K2、K3、K4、超低噪声放大器、相关检测放大器、检波器、相位检测器，其特征在于：DC/DC变换器一端连接电池，另一端连接超强储能器；超强储能器与大功率交流方波发生器连接，其中间设有开关K1，大功率交流方波发生器还分别与共振频率发生器、开关K2、开关K3连接；开关K2与开关K3之间串接发射线圈和配谐电容组；开关K3、K4分别连接超低噪声放大器，超低噪声放大器连接相关检测放大器，相关检测放大器连接检波器和相位检测器，检波器连接A/D转换器并连接至微机控制与记录系统，相位检测器与共振频率发生器和A/D转换器连接并连接至微机控制与记录系统。
2.根据权利要求1所述的核磁共振找水仪，其特征在于：所述共振频率发生器采用数字频率合成集成电路芯片组成共振频率信号发生器。
3.根据权利1所述的核磁共振找水仪，其特征在于：超强贮能器为等效直流电源贮能器。
4.根据权利1所述的核磁共振找水仪，其特征在于：发射系统采用大功率方波激励、由发射线圈与配谐电容器组成串联谐振回路输出。
Priority Applications (1)
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102096111A (zh) * | 2010-12-07 | 2011-06-15 | 吉林大学 | 收发天线分离式核磁共振找水装置及找水方法 |
| CN103852794A (zh) * | 2014-03-27 | 2014-06-11 | 吉林大学 | 烃类污染浅层地下水磁共振检测装置及检测方法 |
| CN107966737A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-04-27 | 吉林大学 | 主动场核磁共振探测装置及探测方法 |
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2007
- 2007-06-13 CN CNU2007201518371U patent/CN201051151Y/zh not_active Expired - Fee Related
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