CN204065427U - 用于隧道磁场测量的质子旋进磁力仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于隧道磁场测量的质子旋进磁力仪，是由磁场粗测模块、时钟、键盘、显示器、磁化系统、选频放大器、信号调理电路和信号叠加电路和高稳晶振分别与主控电路连接，GPS模块和PC分别经RS-232接口与主控电路连接，探头补偿线圈经配谐电路与主控电路连接，磁化系统经配谐电路、选频放大器、信号调理电路和信号叠加电路与高稳晶振连接构成。探头中液体的核子在外部电流激发的作用下发生最大幅度的旋转，进而在激发结束后采集到最大幅值的衰减信号。采用大尺度初略配谐缩小配谐范围，继而采用小尺度精密配谐的方法，实现所设计的磁力仪快速、智能、精密配谐的目的，测量精度高、稳定性好、可快速测定、工作效率高的质子旋进磁力仪。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种地球物理探测仪器，尤其是用于隧道磁场测量的质子旋进磁力探测装置。
背景技术
质子旋进磁力仪是现代主要测地磁场的仪器之一，广泛地应用在地磁场的测量和磁法探矿等领域，目前质子旋进磁力仪的工作原理及结构已基本完善。仪器是根据核磁共振原理设计的,在地下施工中，尤其是隧道、矿井地下掘进工程中，由于地质条件复杂，由地下水引起的突水、突泥地质灾害时有发生，给施工安全带来了巨大的灾难和无法估计的经济损失。针对目前国内外质子旋进磁力仪的研究现状，本发明旨在研制开发能在更为复杂的环境下能准确进行地磁场测量的测磁装置，采用大尺度初略配谐缩小配谐范围，继而采用小尺度精密配谐的方法，实现所设计的磁力仪快速、智能、精密配谐的目的。针对测点的地理位置进行了精密配谐，使探头中液体的核子在外部电流激发的作用下发生最大幅度的旋转，进而在激发结束后采集到最大幅值的衰减信号。开发设计出测量精度高、稳定性好、可快速测定、工作效率高的地磁场测量仪。
CN201107414Y公开了一种用于井下磁场测量的质子磁力仪，该磁力仪的组成部件分成井上部分和井下部分，井下部分包括探头、磁化/测量转换控制开关、磁化电源、调理电路、测频器和控制器，探头是由煤油或水、酒精介质和反向串联结构的线圈装入一个密封的圆形容器中构成；磁化电源连接磁化/测量转换控制开关、该控制开关连接所述探头和配谐电路，配谐电路、放大电路、整形电路、测频器顺序连接，并与控制器连接，控制器与井上部件进行连接；井下部件设置在一个直径50-150mm,长100-300mm的密封圆筒中；井上部分由接口电路，PC计算机，显示器，键盘组成；本实用新型适用于井下磁场测量，具有结构合理使用，使用方便灵活，测量准确的特点。上述发明需要多次测量才能配谐出所需的容值，得到磁场测量结果。
CN101493529A提供一种提高质子磁力仪测量精度的方法及电路，方法采用1)高速器件测周法，用待测信号的周期作为标准脉冲的计数闸门时间，算得待测信号的周期；2)实时信号数据等级评估及处理法，根据被测磁场与干扰在时域特性上的差异和旋进信号的衰减特性，自动计算离散性；3)器件温度系数校正法，采用高灵敏度的温度集成传感器件和A/D模数转换器在测量程序中直接将其校正。电路包括全向性深海质子探头、探头极化转换器、极化控制器、调 谐匹配器、选频放大器、信号整形器、信号计数器、计数闸门、标准脉冲发生器、二进制计数器。上述发明的磁场测量仪器抗干扰能差、精度低，且需要多次测量才能配谐出所需的容值，得到磁场测量结果。同时，仪器对环境要求较高，不能在煤矿、隧道等场合使用。
发明内容
本实用新型的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种采用多次叠加的方式提高信噪比，提高测量精度，采用自动配谐原理，无需手动多次测量才能得到所需结果，而且能够用于矿井、隧道等复杂环境的质子旋进磁力仪
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
用于隧道磁场测量的质子旋进磁力仪，其特征在于，是由磁场粗测模块15、时钟2、键盘3、显示器4、磁化系统8、选频放大器10、信号调理电路11和信号叠加电路12和高稳晶振13分别与主控电路1连接，GPS模块5和PC 7分别经RS-232接口6与主控电路1连接，探头补偿线圈9经配谐电路14与主控电路1连接，磁化系统8经配谐电路14、选频放大器10、信号调理电路11和信号叠加电路12与高稳晶振13链接构成。
信号调理电路11是由前置放大器16经50Hz陷波器17、带通滤波器18、程控放大器19和程控放大器21与带通滤波器22连接构成。
有益效果：本实用新型高稳晶振的设计提高了测量精度，信号多次叠加实现了高稳定性，磁场粗侧模块设计实现快速测定，磁场精密测量提高了工作效率。采用大尺度初略配谐缩小配谐范围，继而采用小尺度精密配谐的方法，实现所设计的磁力仪快速、智能、精密配谐的目的。针对测点的地理信息进行了精密配谐，进而能在激发结束后采集到最大幅值的衰减信号。
附图说明：
图1质子旋进磁力仪结构框图
图2信号调理电路11结构框图
1主控电路，2时钟，3键盘，4显示器，5 GPS模块，6 RS-232接口，7 PC，8磁化系统，9探头补偿线圈，10选频放大器，11信号调理电路，12信号叠加电路，13高稳晶振，14配谐电路，15磁场初测模块，16前置放大器，17 50Hz陷波器，18带通滤波器，19程控放大器，20带通滤波器，21程控放大器，22带通滤波器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明
用于隧道磁场测量的质子旋进磁力仪，其特征在于，是由磁场粗测模块15、时钟2、键盘3、显示器4、磁化系统8、选频放大器10、信号调理电路11和 信号叠加电路12和高稳晶振13分别与主控电路1连接，GPS模块5和PC 7分别经RS-232接口6与主控电路1连接，探头补偿线圈9经配谐电路14与主控电路1连接，磁化系统8经配谐电路14、选频放大器10、信号调理电路11和信号叠加电路12与高稳晶振13链接构成。
信号调理电路11是由前置放大器16经50Hz陷波器17、带通滤波器18、程控放大器19和程控放大器21与带通滤波器22连接构成。
PC7通过RS-232接口6连接主控电路1进行通信，当选择为极化时，主控电路1控制磁化系统8的极化时间，在这段时间内，使探头补偿线圈9极化。当选择为接收时，主控电路1控制配谐电路14完成电容配谐，探头补偿线圈9接入，使信号直接接入选频放大器10，并控制其工作时间。同时，信号调理电路11开始工作，并将数据传回。信号调理电路11与主控电路1进行数据交互，通过磁场粗测模块15得到磁场的大致范围，以便主控电路1能够快速准确调整配谐容值。
在探头补偿线圈9极化阶段：根据质子旋进原理，探头补偿线圈9中的线圈加入电流后，产生的强磁场使溶液中的氢质子不再沿原有方向进动，而是被迫沿极化场的方向发生进动。
在信号接收阶段：溶液中氢质子受激发一定时间后，突然撤去激发场，氢质子会产生一个弛豫效应，表现为在探头补偿线圈9中产生一个衰减的MRS信号。
当发射结束后，经过延迟，主控电路1控制切换到接收状态，主控电路1的信号调理电路11对信号调理并控制配谐电路14进行电容配谐，此时探头补偿线圈9中的微弱MRS信号进入选频放大器10，被放大后的MRS信号进入信号调理电路11，信号叠加电路12将信号调理电路11输出的信号叠加提高信噪比，并送至上位机保存。
信号调理电路11对选频放大器10进行再次测量，为了得到高精度的测量结果，需将信号再次进行一系列的信号处理，前置放大器15将信号放大，50Hz陷波器17对信号滤波，带通滤波器18再次对信号滤波，程控放大器19选择合适的放大倍数，带通滤波器20对程控放大器放大的信号滤波处理，根据程控放大器21的档位选择放大倍数，带通滤波器22对程控放大器放大的信号滤波处理。最后经过信号叠加电路12进行的信号叠加处理最终以脉冲的形式输出并进入数字检测系统，根据fL(Hz)＝0.04258*B0(nT)运算得出频率。
用于隧道磁场测量的质子旋进磁力仪探测隧道磁场的方法：
1、PC7通过RS-232接口6连接主控电路1进行通信，当选择为极化时，主控电路1控制磁化系统8的极化时间，在这段时间内，使探头补偿线圈9极 化。当选择为接收时，主控电路1控制配谐电路14完成电容配谐，探头补偿线圈9接入，使信号直接接入选频放大器10，并控制其工作时间。同时，信号调理电路11开始工作，并将数据传回。信号调理电路11与主控电路1进行数据交互，通过磁场粗测模块15得到磁场的大致范围，以便主控电路1能够快速准确调整配谐容值。
2、在探头补偿线圈9极化阶段：根据质子旋进原理，探头补偿线圈9中的线圈加入电流后，产生的强磁场使溶液中的氢质子不再沿原有方向进动，而是被迫沿极化场的方向发生进动。
3、在信号接收阶段：溶液中氢质子受激发一定时间后，突然撤去激发场，氢质子会产生一个弛豫效应，表现为在探头补偿线圈9中产生一个衰减的MRS信号。
4、当发射结束后，经过40秒延迟，主控电路1控制切换到接收状态，主控电路1的信号调理电路11对信号调理并控制配谐电路14进行电容配谐，此时探头补偿线圈9中的微弱MRS信号进入选频放大器10，被放大后的MRS信号进入信号调理电路11，信号叠加电路12将信号调理电路11输出的信号转叠加，并送至上位机保存。
5、信号调理电路11对选频放大器10进行再次测量，为了得到高精度的测量结果，需将信号再次进行一系列的信号处理，前置放大器16将信号放大，50Hz陷波器17对信号滤波，带通滤波器18再次对信号滤波，程控放大器18选择合适的放大倍数，带通滤波器19对程控放大器放大的信号滤波处理，程控放大器20选择合适的放大倍数，带通滤波器21对程控放大器放大的信号滤波处理。最后经过信号叠加电路12进行一系列的信号叠加处理最终以脉冲的形式输出并进入数字检测系统，根据fL(Hz)＝0.04258*B0(nT)计算得出频率。
6、探头补偿线圈9接入磁化系统8，一定时间后，主控电路1控制磁化系统8停止工作，是探头补偿线圈9。接下来主控电路1再次控制进入接收状态,，根据LC谐振公式主控电路1改变电容值大小，实现选频，此时探头补偿线圈9的信号接入配谐电路，这样可以降低噪声，提高信噪比。通过磁场粗测模块15采用大尺度初略配谐缩小配谐范围，继而采用小尺度精密配谐的方法，实现所设计的磁力仪快速、智能、精密配谐的目的。针对测点的地理位置进行了精密配谐，使探头中液体的核子在外部电流激发的作用下发生最大幅度的旋转，进而在激发结束后采集到最大幅值的衰减信号。这样可以大幅减少后续电容配谐时所花费的时间，避免了确定电容选频值时重复检测的过程，提高了整个仪器的效率。这里就要用到之前获得的数据，来圈定选频的大致范围，再经自动重复测量，使系统迅速配出所需电容值。经电容配谐电路14输出的微弱MRS 信号进入选频放大器10和信号调理电路11放大信号，使MRS信号放大到我们可观测的量级上。通过信号叠加电路12对采集到的信号进行叠加消噪处理，在测量过程中解决了强噪声的压制问题，而不是传统的多次测量取平均，以此进一步提高信噪比。
Claims (2)
1.一种用于隧道磁场测量的质子旋进磁力仪，其特征在于，是由磁场粗测模块(15)、时钟(2)、键盘(3)、显示器(4)、磁化系统(8)、选频放大器(10)、信号调理电路(11)、信号叠加电路(12)和高稳晶振(13)分别与主控电路(1)连接，GPS模块(5)和PC(7)分别经RS-232接口(6)与主控电路(1)连接，探头补偿线圈(9)经配谐电路(14)与主控电路(1)连接，磁化系统(8)经配谐电路(14)、选频放大器(10)、信号调理电路(11)和信号叠加电路(12)与高稳晶振(13)链接构成。
2.按照权利要求1所述的用于隧道磁场测量的质子旋进磁力仪，其特征在于，信号调理电路(11)是由前置放大器(16)经50Hz陷波器(17)、带通滤波器(18)、程控放大器(19)和程控放大器(21)与带通滤波器(22)连接构成。
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| CN105700028A (zh) * | 2015-10-21 | 2016-06-22 | 无锡清杨机械制造有限公司 | 一种光泵磁力仪电路系统 |
| CN107643546A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-01-30 | 吉林大学 | 一种基于统计叠加法的磁力仪 |
| CN110333544A (zh) * | 2019-03-05 | 2019-10-15 | 江苏省新沂地震台 | 矢量质子磁力仪智能选频方法 |
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| CN107643546A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-01-30 | 吉林大学 | 一种基于统计叠加法的磁力仪 |
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