CN203759264U - 基于工频整周期触发的核磁共振双极性叠加消噪装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于工频整周期触发的核磁共振双极性叠加消噪装置，是由双极性叠加消噪装置是由输出可调的大功率电源与大功率发射桥路连接，双极性主控制单元经发射桥路驱动和大功率发射桥路与谐振电容连接，双极性主控制单元分别与工频整周期同步触发单元、高压切换开关、信号调理电路和A/D采集单元连接，高压切换开关经信号调理电路和放大器电路与A/D采集单元连接构成。提高了核磁共振探测的频率，增强了抗工频谐波干扰的能力；电磁铁磁场强度随距离变化，产生一个梯度磁场，提高了探测的分辨率；电磁铁方向的可变，能够实现特定方向、特定距离的探测，解决了含水体的精确定位难题。具有探测直接、解释唯一、结果量化、测量准确的优点。

Description

基于工频整周期触发的核磁共振双极性叠加消噪装置

技术领域

本实用新型涉及一种消噪装置，尤其是利用工频整周期触发的核磁共振双极性叠加消噪装置。

背景技术

地面核磁共振方法是直接探测地下水的唯一有效方法，其通过接收到的核磁共振响应确定地下水的相关参数。微弱的核磁共振响应信号易受电磁噪声的影响，在电磁噪声中，工频及其谐波干扰最为严重，该噪声的存在将会导致核磁共振测深结果的反演。如何消除工频及其谐波干扰噪声，从而接收到有效地核磁共振信号，提高关键地质参数提取的精确度和准确性，成为了地球物理勘探方法中的一个重要研究方向。

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，上述发明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。但是有一个明显不足，就是需要附加多个参考线圈，在铺设参考线圈时，要尽量使其靠近噪声源，原理发射线圈，铺设条件要求高，人力、物力要求高，探测结果经过多次叠加而不能完全消除工频噪声。

CN101666834A公开了一种抗工频干扰的信号采样方法及系统，所述方法包括以下步骤：步骤A，于输入的市电交流信号中提取工频信号，通过工频信号对叠加在检测信号上的工频干扰信号进行同步跟踪，并产生一工频同步信号；步骤B，根据工频同步信号锁定工频干扰信号的过零相位，在过零相位对输入的检测信号进行同步采样。通过同步跟踪工频干扰信号来实现在其过零相位进行检测信号的同步采样。上述发明在消除工频干扰的同时，可最大程度地保留检测信号中的有效成分，但是此方法要求产生一工频同步信号，易造成误差影响整个信号的准确度和有效值。

CN2586170Y公开了一种超导量子干涉仪50Hz工频干扰的消除装置。该装置包括一个耦合被测信号得到参考信号的电感线圈，电感线圈与一个放大器相连，放大器与50Hz带通滤波器相连，带通滤波器与一个可以将参考信号的相位反相的相位调节器连接，相位调节器与一个加法器的一个输入端口相连，加法器的另一个输入端供超导量子干涉器的反馈环路接入，加法器的输出端与反馈环路的反馈电阻连接接入反馈环路。上述发明可以在测量点处，直接把不需要的干扰信号抵消掉，使得这些干扰信号在后继电路中的影响降至最小，但存在严重不足为了得到参考信号加入了电感线圈，电感线圈自身也产生噪声，使得在消除工频噪声的同时，引入了新的噪声，影响测量结果。

发明内容

本实用新型的目的就在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种基于工频整期触发的核磁共振双极性叠加消噪装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

基于工频整周期触发的核磁共振双极性叠加消噪装置，是由输出可调的大功率电源4与大功率发射桥路6连接，双极性主控制单元2经发射桥路驱动5和大功率发射桥路6与谐振电容7连接，双极性主控制单元2分别与工频整周期同步触发单元3、高压切换开关8、信号调理电路9和A/D采集单元11连接，高压切换开关8经信号调理电路9和放大器电路10与A/D采集单元11连接，计算机1通过串口分别与输出可调的大功率电源4、双极性主控制单元2和A/D采集单元11连接，高压切换开关8与接收线圈12连接，大功率发射桥路6与发射线圈13的另—端连接，谐振电容7与发射线圈13的—端连接构成。

所述的工频整周期同步触发单元3，是由工频探头14经增益可调放大器15、滤波器16、二级放大17和迟滞比较器18与双极性主控制单元2连接构成。

双极性主控制单元2通过时序控制分别经发射H桥路、单刀双掷开关1和单刀双掷开关2与极性输出连接构成。

有益效果：本实用新型采集到的两组信号分别包含方向相反的核磁共振信号和方向一致的噪声信号，发射周期40ms或为其整数倍的信号，在接收到的正负极性信号处，工频信号值相等，通过相减的方法可以有效、干净的消除工频信号噪声，而不会影响核磁共振信号。利用工频整周期触发的核磁共振双极性叠加消噪方法，结合了核磁共振探测方法具有的直接探测、解释唯一、结果量化、测量准确的优点。装置结构简单，操作方便，不需附加线圈和其他复杂电路，可以消除整个工频及其谐波干扰产生的噪声，消噪范围广。

附图说明：

附图1基于工频整周期触发的核磁共振双极性叠加消噪装置结构框图；

附图2为附图1中工频整周期同步触发单元3结构框图；

附图3为附图1中双极性主控制单元2控制极性输出结构框图。

1计算机,2双极性主控制单元,3工频整周期同步触发单元,4输出可调的大功率电源，5发射桥路驱动,6大功率发射桥路,7谐振电容,8高压切换开关，9信号调理电路，10放大器电路，11A/D采集单元，12接收线圈,13发射线圈,14工频探头,15增益可调放大器,16滤波器,17二级放大,18迟滞比较器。

具体实施方式：

下面接附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明：

基于工频整周期触发的核磁共振双极性叠加消噪装置，是由输出可调的大功率电源4与大功率发射桥路6连接，双极性主控制单元2经发射桥路驱动5和大功率发射桥路6与谐振电容7连接，双极性主控制单元2分别与工频整周期同步触发单元3、高压切换开关8、信号调理电路9和A/D采集单元11连接，高压切换开关8经信号调理电路9和放大器电路10与A/D采集单元11连接，计算机1通过串口分别与输出可调的大功率电源4、双极性主控制单元2和A/D采集单元11连接，高压切换开关8与接收线圈12连接，大功率发射桥路6与发射线圈13的另—端连接，谐振电容7与发射线圈13的—端连接构成。

所述的工频整周期同步触发单元3，是由工频探头14经增益可调放大器15、滤波器16、二级放大17和迟滞比较器18与双极性主控制单元2连接构成。

所述的双极性主控制单元2通过时序控制分别经发射H桥路、单刀双掷开关1和单刀双掷开关2与极性输出连接构成。

在测区铺设发射线圈13和接收线圈12。先开启计算机1，然后开启工频整周期同步触发单元3，通过双极性主控制单元2控制发射系统和接收系统。

工频探头14接收工频信号，经过增益可调的前置放大器15进行放大，然后经过50HZ滤波器16滤除噪声消除工频较低频率的谐波。通过二级放大17再次将信号放大，信号通过迟滞比较器18，完成了方波到正弦波的转换；当采集到的工频信号在其正向过零点处触发双极性主控单元2。

计算机1通过串口线控制输出可调的大功率电源4，通过改变其输出电压的大小，来改变在发射线圈13上的激发电流的大小，即产生不同强度的激发磁场，通过不同强度磁场的激发，实现距发射线圈不同远近水体的探测；

双极性主控制单元2控制发射桥路驱动5对大功率发射桥路6的发射H桥路进行时序控制，首先是控制开关1和开关2，使它们都是上通道接通，实现发射H桥路进行正极性驱动，发射桥路6被驱动后，利用大功率电源4产生的输出电压向谐振电容7及发射线圈16施加发射电流，实现对前方水体的正向激发；

激发时，双极性主控制单元2控制高压切换开关8，使其处于断开状态，对信号接收端进行保护，当激发结束后，双极性主控制单元2控制高压切换开关8闭合，将接收线圈12中所产生的信号通过高压切换开关8送入信号调理电路9；

信号调理电路9对信号进行滤波处理，双极性主控制单元2通过控制线控制信号调理电路9中滤波器的中心频率与带宽，滤除掺杂在信号中的噪声，将相对纯净的信号送入放大器电路10，放大器电路10对微弱的信号进行放大后，送至A/D采集单元11，双极性主控制单元2控制A/D采集单元11的采集开始与结束时间，A/D采集单元11利用模数转换器将放大器电路10输出的模拟信号转换成数字信号，并将转换后得到的数据送至计算机1，进行第一组数据的显示与保存；完成第一次采集。

再次采集，开启工频整周期同步触发单元3，工频探头14接收工频信号，经过增益可调的前置放大器15进行放大，然后经过50HZ滤波器16滤除噪声消除工频较低频率的谐波。通过二级放大17再次将信号放大，信号通过迟滞比较器18，将采集到的信号在其正向过零点处触发到双极性主控单元2。

双极性主控制单元2控制发射桥路驱动5对大功率发射桥路6的发射H桥路进行时序控制，首先是控制开关1和开关2，使它们都是下通道接通，实现发射H桥路进行负极性驱动，发射桥路6被驱动后，利用大功率电源4产生的输出电压向谐振电容7及发射线圈16施加发射电流，实现对前方水体的负向激发；

激发时，双极性主控制单元2控制高压切换开关8，使其处于断开状态，对信号接收端进行保护，当激发结束后，双极性主控制单元2控制高压切换开关8闭合，将接收线圈12中所产生的信号通过高压切换开关8送入信号调理电路9；

信号调理电路9对信号进行滤波处理，双极性主控制单元2通过控制线控制信号调理电路9中滤波器的中心频率与带宽，滤除掺杂在信号中的噪声，将相对纯净的信号送入放大器电路10，放大器电路10对微弱的信号进行放大后，送至A/D采集单元11，双极性主控制单元2控制A/D采集单元11的采集开始与结束时间，A/D采集单元11利用模数转换器将放大器电路10输出的模拟信号转换成数字信号，并将转换后得到的数据送至计算机1，进行第一组数据的显示与保存；完成第二次采集。

将两组核磁共振信号相减，获得去除工频及其谐波噪声而不影响核磁共振信号，将该信号进行特征参数提取，获得弛豫时间、初始振幅、频率参数，将测得的数据进行反演处理，计算出指定方向上、特定距离、特定区域内的含水量、渗透率水文地质参数，为可能发生的突水、涌泥地质灾害提供预报依据。

Claims (3)

1.一种基于工频整周期触发的核磁共振双极性叠加消噪装置，由计算机(1)、接收线圈(12)和发射线圈(13)组成，其特征在于，是由输出可调的大功率电源(4)与大功率发射桥路(6)连接，双极性主控制单元(2)经发射桥路驱动(5)和大功率发射桥路(6)与谐振电容(7)连接，双极性主控制单元(2)分别与工频整周期同步触发单元(3)、高压切换开关(8)、信号调理电路(9)和A/D采集单元(11)连接，高压切换开关(8)经信号调理电路(9)和放大器电路(10)与A/D采集单元(11)连接，计算机(1)通过串口分别与输出可调的大功率电源(4)、双极性主控制单元(2)和A/D采集单元(11)连接，高压切换开关(8)与接收线圈(12)连接，大功率发射桥路(6)与发射线圈(13)的另—端连接，谐振电容(7)与发射线圈(13)的—端连接构成。

2.按照权利要求1所述的基于工频整周期触发的核磁共振双极性叠加消噪装置，其特征在于，所述的工频整周期同步触发单元(3)，是由工频探头(14)经增益可调放大器(15)、滤波器(16)、二级放大(17)和迟滞比较器(18)与双极性主控制单元(2)连接构成。

3.按照权利要求1所述的基于工频整周期触发的核磁共振双极性叠加消噪装置，其特征在于，双极性主控制单元(2)通过时序控制分别经发射H桥路、单刀双掷开关1和单刀双掷开关2与极性输出连接构成。