CN204679654U - 一种用于复杂环境的核磁共振测磁装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于复杂环境的核磁共振测磁装置，是由主控制单元分别与温补晶振、按键、液晶显示、LC选频电路、信号调理电路和多通道等精度测频电路连接，主控制单元经极化电路、探头、LC选频电路、信号调理电路、迟滞比较电路和锁相电路与多通道等精度测频电路连接构成。通过光电耦合器件取代了传统的继电器，切换速度加快、使用寿命延长且避免了电弧带来的噪声，信号调理模块置于铝盒中进行电磁屏蔽，避免了外部噪声的干扰，有效提高了信噪比，采用迟滞比较电路，避免了由输入不稳定造成的误差，提高了抗干扰能力，采用多通道等精度测频电路对同频率方波进行等精度测量，进一步提高了测量精度。
Description
技术领域：
本实用新型涉及一种地球物理勘探设备，尤其是一种用于复杂应用环境的核磁共振测磁装置。
背景技术：
核磁共振探测方法是目前唯一的非侵入式直接地下水探测方法，具有解释唯一、结果量化、测量准确等突出优点。针对城镇周边及村庄附近地区、地下掘进工程等电磁噪声干扰大的复杂应用环境中，对地磁场进行准确的测量，为核磁共振仪器的激发系统提供真实准确的拉莫尔频率，是采用核磁共振探测方法的前提。
在磁场测量仪器中，根据其不同的特点有着不同的应用领域，质子旋进式磁力仪以结构简单、精度较高、可靠性较好、价格适中以及方便携带等特点，在地质勘探、扫雷、安检等相关领域得到广泛应用；质子旋进式磁力仪的工作原理就是利用核磁共振原理和氢核(质子)的顺磁性，在某些碳氢氧化合物液体(水、酒精、甘油)等一些磁化率很低的逆磁性物质中，这些液体中质子受某外部强磁场激发而具有—定方向排列，去掉外磁场，则质子在地磁场作用下将以同—相位绕地磁场B旋进，其旋进频率f与地磁场B有以下关系：B＝23.4872f，单位为纳特斯拉(nT)。当测定出频率f以后即可计算出总磁场强度B的数值。
然而质子旋进式磁力仪由于信号微弱存在抗干扰能力弱的缺点，现有的质子旋进式磁力仪在城镇周边及村庄附近地区、地下掘进工程等电磁噪声干扰大的复杂应用环境中，存在读数波动大、测量不准确等问题。针对这些问题，如何提高质子旋进式磁力仪的抗干扰能力，使其在电磁噪声干扰大的复杂应用环境中准确的获取地磁场值，为核磁共振探测方法的应用提供可能，成为了地球物理勘探中一个重要的研究方向。
CN203759267U公开了一种拉莫尔频率测量仪，由主控系统分别连接上位机、按键、显示器、电源和三分量磁力仪模块，主控系统经极化电路、探头、配谐电路、放大电路和测频电路与主控系统连接，主控系统经继电器切换电路分别连接极化电路和配谐电路构成。该专利的优点是方便简洁、体积较小、成本低廉、测量效率高，在几秒钟就能够测量出结果；但该专利的不足之处是：在电磁噪声干扰大的复杂地质环境中，三分量磁力仪模块可能不能正常工作，进而不能对拉莫尔频率测量仪进行配谐，同时在继电器进行切换的过程会产生电弧，进而影响测量结果的精度。
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；该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。上述发明的缺点是井上与井下连接不方便，并且没有采取抗干扰措施应对井下的复杂地质环境。
发明内容：
本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种用于复杂应用环境核磁共振测磁装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于复杂环境的核磁共振测磁装置，是由主控制单元1分别与温补晶振2、按键3、液晶显示4、LC选频电路10、信号调理电路11和多通道等精度测频电路14连接，主控制单元1经WiFi模块5与计算机6相连，主控制单元1经光电耦合切换电路7与LC选频电路10连接，主控制单元1经极化电路8、探头9、LC选频电路10、信号调理电路11、迟滞比较电路12和锁相电路13与多通道等精度测频电路14连接构成。
信号调理电路11置于屏蔽盒中，由低噪声前置放大器15经宽带滤波器16、后级放大器17和窄带滤波器18与DDS直接频率合成19连接，程控放大器20与窄带滤波器18连接构成。
有益效果：本实用新型为用于复杂应用环境的核磁共振测磁装置，初次配谐采用查表形式，避免了某些粗配模块在复杂地质环境中配谐不准的问题，通过光电耦合器件取代了传统的继电器，切换速度加快、使用寿命延长且避免了电弧带来的噪声，同时对信号进行放大及宽、窄带滤波等处理，滤除了噪声，有效的对信号进行了调理，且信号调理模块置于铝盒中进行电磁屏蔽，避免了外部噪声的干扰，有效提高了信噪比，采用迟滞比较电路，避免了由输入不稳定造成的误差，提高了抗干扰能力，采用多通道等精度测频电路对同频率方波进行等精度测量，进一步提高了测量精度。本测磁装置的稳定性强，信噪比有明显的改善，测量精度有显著的提高，测量快速准确，且能同步传入计算机，整个装置解决了在复杂应用环境中进行地磁场测量的问题，为核磁共振探测方法在复杂应用环境中顺利应用提供了保证和辅助功能。
附图说明：
图1是用于复杂地质环境核磁共振测磁装置的结构框图；
图2是信号调理电路11的结构框图。
图中1主控制单元，2温补晶振，3按键，4液晶显示，5WiFi模块，6计算机，7光电耦合切换电路，8极化电路，9探头，10LC选频电路，11信号调理电路，12迟滞比较电路，13锁相电路，14多通道等精度测频电路，15低噪声前置放大器，16宽带滤波器，17后级放大器，18窄带滤波器，19DDS直接频率合成，20程控放大器。
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：
一种用于复杂环境的核磁共振测磁装置，是由主控制单元1分别与温补晶振2、按键3、液晶显示4、LC选频电路10、信号调理电路11和多通道等精度测频电路14连接，主控制单元1经WiFi模块5与计算机6相连，主控制单元1经光电耦合切换电路7与LC选频电路10连接，主控制单元1经极化电路8、探头9、LC选频电路10、信号调理电路11、迟滞比较电路12和锁相电路13与多通道等精度测频电路14连接构成。
信号调理电路11置于屏蔽盒中，由低噪声前置放大器15经宽带滤波器16、后级放大器17和窄带滤波器18与DDS直接频率合成19连接，程控放大器20与窄带滤波器18连接构成。
用于复杂环境核磁共振测磁装置，是由主控制单元1分别与温补晶振2、按键3、液晶显示4、WiFi模块5、光电耦合切换电路7、极化电路8、LC选频电路10、信号调理电路11、多通道等精度测频电路14连接，WiFi模块5与计算机6相连，光电耦合切换电路7分别与极化电路8、LC选频电路10连接，极化电路8与探头9连接，探头9与LC选频电路10连接，LC选频电路10与信号调理电路11连接，信号调理电路11与迟滞比较电路12连接，迟滞比较电路12与锁相电路13连接，锁相电路13与多通道等精度测频电路14连接构成。
所述的信号调理电路11置于铝盒中进行电磁屏蔽，由低噪声前置放大器15与宽带滤波器16连接，宽带滤波器16与后级放大器17连接，后级放大器17与窄带滤波器18连接，窄带滤波器分别与DDS直接频率合成19、程控放大器20连接构成。
一种用于复杂环境核磁共振测磁装置的工作过程：
a、根据测区地理位置用按键3输入待测区域代号，主控制单元1根据内存中的编号列表得出当地的大致磁场值，并根据公式fL(Hz)＝0.04258*B0(nT)换算得出粗略的拉莫尔频率，显示在液晶显示4上；
b、根据粗略的拉莫尔频率和谐振公式因为探头的电感已知，通过主控制单元1计算出LC选频电路11的粗略配谐电容值C,为信号选频做好准备；
c、主控制单元1通过控制光电耦合切换电路7，首先切换至极化电路8，由主控制单元1控制极化电路8用线圈对探头中富氢溶液的进行直流脉冲极化；
d、待用1A左右的电流极化探头大约2秒，延时数十毫秒之后，主控制单元1控制光电耦合切换电路7切换至LC选频电路10，经粗略配谐的LC选频电路10对信号进行信号选频，使其发生串联谐振，选出当地拉莫尔频率附近的自由感应衰减(FID)信号；
e、FID信号经过信号调理电路11进行信号调理，具体为：信号首先送入低噪声前置放大器15进行前置放大，然后再通过宽带滤波器16进行宽带滤波，滤除部分噪声，然后送入后级放大器17进行进一步放大，继而进入由DDS直接频率合成1提供中心频率的窄带滤波器18进行窄带滤波，最后根据信号幅值大小进入程控放大器20进行程控放大，使之满足后续处理要求；
f、信号经过信号调理电路11进行处理后，送入迟滞比较电路12转换为同频率的方波，继而用锁相电路13对其进行锁相，使其趋于稳定；
g、经整形的信号送入多通道等精度测频电路14进行频率测量，具体为：由温补晶振提供稳定性好的基准频率fB，被测信号分别送入多个通道进行等精度测频，设通道数为n，闸门时间为T，则一个周期测频后n个通道的基准信
h、利用上次所测到的B0，对LC选频电路10进行重新配谐，重复c、d、e、f、g操作，直到测得的磁场值趋于稳定不变；
i、将稳定的磁场值通过WiFi模块5上传至计算机6，为核磁共振仪器的激发系统提供真实、稳定、可靠的激发频率依据。
激发阶段：主控制单元1通过控制光电耦合切换电路7和极化电路8，提供1A左右的电流极化探头大约2秒，探头中的线圈对富氢溶液进行直流脉冲激发使溶液中的氢质子产生能级跃迁，大量的氢质子跃迁到高能级上，完成了对富氢溶液的激发。
接收阶段：探头中线圈对富氢溶液完成激发后，延时数十毫秒之后，主控制单元1控制光电耦合切换电路7切换至LC选频电路7，对FID信号选频放大，再经过信号调理电路11进行信号调理，再经过迟滞比较电路12、锁相电路13进行整形，然后经过多通道等精度测频算法完成对信号的接收处理。
Claims (2)
1.一种用于复杂环境的核磁共振测磁装置，其特征在于：是由主控制单元(1)分别与温补晶振(2)、按键(3)、液晶显示(4)、LC选频电路(10)、信号调理电路(11)和多通道等精度测频电路(14)连接，主控制单元(1)经WiFi模块(5)与计算机(6)相连，主控制单元(1)经光电耦合切换电路(7)与LC选频电路(10)连接，主控制单元(1)经极化电路(8)、探头(9)、LC选频电路(10)、信号调理电路(11)、迟滞比较电路(12)和锁相电路(13)与多通道等精度测频电路(14)连接构成。
2.按照权利要求1所述的一种用于复杂环境的核磁共振测磁装置，其特征在于：信号调理电路(11)置于屏蔽盒中，由低噪声前置放大器(15)经宽带滤波器(16)、后级放大器(17)和窄带滤波器(18)与DDS直接频率合成(19)连接，程控放大器(20)与窄带滤波器(18)连接构成。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN108671360A (zh) * | 2018-06-20 | 2018-10-19 | 南京信息工程大学 | 一种磁致诱导催眠装置及其方法 |
| CN116626568A (zh) * | 2023-07-19 | 2023-08-22 | 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 | 一种基于混频迭代的磁共振信号频率测量方法 |
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| CN116626568A (zh) * | 2023-07-19 | 2023-08-22 | 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 | 一种基于混频迭代的磁共振信号频率测量方法 |
| CN116626568B (zh) * | 2023-07-19 | 2023-10-03 | 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 | 一种基于混频迭代的磁共振信号频率测量方法 |
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