基于电流滞环小功率核磁共振发射装置设计

作     者：王超群 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：段清明

授予年度：2018年

学科分类：081802[工学-地球探测与信息技术] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

主      题：核磁共振 电流滞环 小功率 关断电流 近地水源探测 

摘      要：利用核磁共振进行地下水探测的方法是目前唯一的直接探测地下水的方法,利用此方法对采空区储水探测、喀斯特地貌的裂隙水探测、灾害水源探测、露天煤矿渗水水源探测等领域进行了应用,并采用阵列式探测方法提高探测效率。利用核磁共振对于堤坝渗水、灾害水源等的探测需要对近地水源进行精确探测。但是,现有仪器发射方式采用方波脉冲触发来产生核磁信号,此种方式死区时间过长,探测结果存在一定的盲区,会导致近地水源探测数据不准确。另外,对于地磁场梯度变化较大地区和矿井内部地磁场不稳定情况,会导致拉莫尔频率偏离,现有仪器对拉莫尔频率的偏离问题没有相应的解决办法。因此,本设计针对核磁共振探测装置的探测盲区、探测精度和拉莫尔频率偏离问题进行设计。利用电流滞环控制方式实现小功率核磁共振发射装置设计解决探测盲区和探测精度问题;并利用sinc函数包络发射解决拉莫尔频率偏离导致探测偏差的问题。本文主要通过理论研究、仿真分析、电流滞环控制进行研究,对小功率核磁共振发射装置进行设计,主要的设计工作包括:电流滞环控制仿真分析、核磁信号给定模块设计、信号处理模块设计、电流滞环模块设计、H桥路模块设计。首先,在电流滞环仿真分析中对方形包络正弦信号和sinc函数包络正弦信号进行频谱分析,得出频谱分析结果。利用频谱分析程序产生给定信号数据,为基于MATLAB/Simulink仿真电路提供给定信号。其次,在给定信号模块设计中利用STM32F103进行给定信号产生,对产生信号进行低通滤波和减法器处理后传输给电流滞环模块,电流滞环模块采用比较器ADCMP600进行实测信号和给定信号的对比,通过设置电流滞环环宽,实现实测信号在指定环宽内跟随给定信号的功能。最后,H桥路利用开关频率为4MHz的IXFN132N50开关器件进行设计,并利用H桥路驱动器进行开关器件的驱动,并采用电流传感器实现负载电流的采集,将采集电流作为实测信号传输给电流滞环模块。本设计利用电流滞环控制的优势减小核磁发射装置负载线圈的关断电流,从而减小发射装置释能时间,在进行核磁仪器小电流发射时,能够采集到精确信号。从而有效的解决了核磁共振对地探测的探测盲区和探测精度问题。利用sinc函数信号包络发射核磁信号的频带宽度较宽,能够适应拉莫尔频率具有偏差的场合进行核磁共振探测。通过对以上内容的介绍,本设计对核磁共振发射装置进行仿真电路分析和硬件电路设计,并完成相应硬件电路的调试,基于电流滞环小功率发射装置的设计实现对核磁仪器探测精度和探测盲区以及近地水源探测提供一种方法,对核磁共振探测领域的发展具有一定的推动意义。