用于隧道磁場(chǎng)測(cè)量的質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于隧道磁場(chǎng)測(cè)量的質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀，是由磁場(chǎng)粗測(cè)模塊、時(shí)鐘、鍵盤、顯示器、磁化系統(tǒng)、選頻放大器、信號(hào)調(diào)理電路和信號(hào)疊加電路和高穩(wěn)晶振分別與主控電路連接，GPS模塊和PC分別經(jīng)RS-232接口與主控電路連接，探頭補(bǔ)償線圈經(jīng)配諧電路與主控電路連接，磁化系統(tǒng)經(jīng)配諧電路、選頻放大器、信號(hào)調(diào)理電路和信號(hào)疊加電路與高穩(wěn)晶振連接構(gòu)成。探頭中液體的核子在外部電流激發(fā)的作用下發(fā)生最大幅度的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而在激發(fā)結(jié)束后采集到最大幅值的衰減信號(hào)。采用大尺度初略配諧縮小配諧范圍，繼而采用小尺度精密配諧的方法，實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的磁力儀快速、智能、精密配諧的目的，測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好、可快速測(cè)定、工作效率高的質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀。
【專利說明】用于隧道磁場(chǎng)測(cè)量的質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種地球物理探測(cè)儀器，尤其是用于隧道磁場(chǎng)測(cè)量的質(zhì)子旋進(jìn)磁 力探測(cè)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀是現(xiàn)代主要測(cè)地磁場(chǎng)的儀器之一，廣泛地應(yīng)用在地磁場(chǎng)的測(cè)量和 磁法探礦等領(lǐng)域，目前質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀的工作原理及結(jié)構(gòu)已基本完善。儀器是根據(jù)核磁共 振原理設(shè)計(jì)的，在地下施工中，尤其是隧道、礦井地下掘進(jìn)工程中，由于地質(zhì)條件復(fù)雜，由 地下水引起的突水、突泥地質(zhì)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，給施工安全帶來了巨大的災(zāi)難和無法估計(jì)的 經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)目前國內(nèi)外質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀的研究現(xiàn)狀，本發(fā)明旨在研制開發(fā)能在更為復(fù) 雜的環(huán)境下能準(zhǔn)確進(jìn)行地磁場(chǎng)測(cè)量的測(cè)磁裝置，采用大尺度初略配諧縮小配諧范圍，繼而 采用小尺度精密配諧的方法，實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的磁力儀快速、智能、精密配諧的目的。針對(duì)測(cè)點(diǎn) 的地理位置進(jìn)行了精密配諧，使探頭中液體的核子在外部電流激發(fā)的作用下發(fā)生最大幅度 的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而在激發(fā)結(jié)束后采集到最大幅值的衰減信號(hào)。開發(fā)設(shè)計(jì)出測(cè)量精度高、穩(wěn)定性 好、可快速測(cè)定、工作效率高的地磁場(chǎng)測(cè)量儀。
[0003] CN201107414Y公開了一種用于井下磁場(chǎng)測(cè)量的質(zhì)子磁力儀，該磁力儀的組成部件 分成井上部分和井下部分，井下部分包括探頭、磁化/測(cè)量轉(zhuǎn)換控制開關(guān)、磁化電源、調(diào)理 電路、測(cè)頻器和控制器，探頭是由煤油或水、酒精介質(zhì)和反向串聯(lián)結(jié)構(gòu)的線圈裝入一個(gè)密封 的圓形容器中構(gòu)成；磁化電源連接磁化/測(cè)量轉(zhuǎn)換控制開關(guān)、該控制開關(guān)連接所述探頭和 配諧電路，配諧電路、放大電路、整形電路、測(cè)頻器順序連接，并與控制器連接，控制器與井 上部件進(jìn)行連接；井下部件設(shè)置在一個(gè)直徑50-150mm，長100-300mm的密封圓筒中；井上 部分由接口電路，PC計(jì)算機(jī)，顯示器，鍵盤組成；本實(shí)用新型適用于井下磁場(chǎng)測(cè)量，具有結(jié) 構(gòu)合理使用，使用方便靈活，測(cè)量準(zhǔn)確的特點(diǎn)。上述發(fā)明需要多次測(cè)量才能配諧出所需的容 值，得到磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果。
[0004] CN101493529A提供一種提高質(zhì)子磁力儀測(cè)量精度的方法及電路，方法采用1)高 速器件測(cè)周法，用待測(cè)信號(hào)的周期作為標(biāo)準(zhǔn)脈沖的計(jì)數(shù)閘門時(shí)間，算得待測(cè)信號(hào)的周期；2) 實(shí)時(shí)信號(hào)數(shù)據(jù)等級(jí)評(píng)估及處理法，根據(jù)被測(cè)磁場(chǎng)與干擾在時(shí)域特性上的差異和旋進(jìn)信號(hào)的 衰減特性，自動(dòng)計(jì)算離散性；3)器件溫度系數(shù)校正法，采用高靈敏度的溫度集成傳感器件 和A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器在測(cè)量程序中直接將其校正。電路包括全向性深海質(zhì)子探頭、探頭極化 轉(zhuǎn)換器、極化控制器、調(diào)諧匹配器、選頻放大器、信號(hào)整形器、信號(hào)計(jì)數(shù)器、計(jì)數(shù)閘門、標(biāo)準(zhǔn) 脈沖發(fā)生器、二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。上述發(fā)明的磁場(chǎng)測(cè)量儀器抗干擾能差、精度低，且需要多次測(cè) 量才能配諧出所需的容值，得到磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果。同時(shí)，儀器對(duì)環(huán)境要求較高，不能在煤礦、隧 道等場(chǎng)合使用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型的目的就在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用多次疊加的方 式提高信噪比，提高測(cè)量精度，采用自動(dòng)配諧原理，無需手動(dòng)多次測(cè)量才能得到所需結(jié)果， 而且能夠用于礦井、隧道等復(fù)雜環(huán)境的質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀
[0006] 本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 用于隧道磁場(chǎng)測(cè)量的質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀，其特征在于，是由磁場(chǎng)粗測(cè)模塊15、時(shí)鐘 2、鍵盤3、顯示器4、磁化系統(tǒng)8、選頻放大器10、信號(hào)調(diào)理電路11和信號(hào)疊加電路12和高 穩(wěn)晶振13分別與主控電路1連接，GPS模塊5和PC 7分別經(jīng)RS-232接口 6與主控電路1 連接，探頭補(bǔ)償線圈9經(jīng)配諧電路14與主控電路1連接，磁化系統(tǒng)8經(jīng)配諧電路14、選頻放 大器10、信號(hào)調(diào)理電路11和信號(hào)疊加電路12與高穩(wěn)晶振13鏈接構(gòu)成。
[0008] 信號(hào)調(diào)理電路11是由前置放大器16經(jīng)50Hz陷波器17、帶通濾波器18、程控放大 器19和程控放大器21與帶通濾波器22連接構(gòu)成。
[0009] 有益效果：本實(shí)用新型高穩(wěn)晶振的設(shè)計(jì)提高了測(cè)量精度，信號(hào)多次疊加實(shí)現(xiàn)了高 穩(wěn)定性，磁場(chǎng)粗側(cè)模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)快速測(cè)定，磁場(chǎng)精密測(cè)量提高了工作效率。采用大尺度初略 配諧縮小配諧范圍，繼而采用小尺度精密配諧的方法，實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的磁力儀快速、智能、精 密配諧的目的。針對(duì)測(cè)點(diǎn)的地理信息進(jìn)行了精密配諧，進(jìn)而能在激發(fā)結(jié)束后采集到最大幅 值的衰減信號(hào)。

【專利附圖】

【附圖說明】：
[0010] 圖1質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀結(jié)構(gòu)框圖
[0011] 圖2信號(hào)調(diào)理電路11結(jié)構(gòu)框圖
[0012] 1主控電路，2時(shí)鐘，3鍵盤，4顯示器，5 GPS模塊，6 RS-232接口，7 PC，8磁化系 統(tǒng)，9探頭補(bǔ)償線圈，10選頻放大器，11信號(hào)調(diào)理電路，12信號(hào)疊加電路，13高穩(wěn)晶振，14配 諧電路，15磁場(chǎng)初測(cè)模塊，16前置放大器，17 50Hz陷波器，18帶通濾波器，19程控放大器， 20帶通濾波器，21程控放大器，22帶通濾波器。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明
[0014] 用于隧道磁場(chǎng)測(cè)量的質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀，其特征在于，是由磁場(chǎng)粗測(cè)模塊15、時(shí)鐘 2、鍵盤3、顯示器4、磁化系統(tǒng)8、選頻放大器10、信號(hào)調(diào)理電路11和信號(hào)疊加電路12和高 穩(wěn)晶振13分別與主控電路1連接，GPS模塊5和PC 7分別經(jīng)RS-232接口 6與主控電路1 連接，探頭補(bǔ)償線圈9經(jīng)配諧電路14與主控電路1連接，磁化系統(tǒng)8經(jīng)配諧電路14、選頻放 大器10、信號(hào)調(diào)理電路11和信號(hào)疊加電路12與高穩(wěn)晶振13鏈接構(gòu)成。
[0015] 信號(hào)調(diào)理電路11是由前置放大器16經(jīng)50Hz陷波器17、帶通濾波器18、程控放大 器19和程控放大器21與帶通濾波器22連接構(gòu)成。
[0016] PC7通過RS-232接口 6連接主控電路1進(jìn)行通信，當(dāng)選擇為極化時(shí)，主控電路1控 制磁化系統(tǒng)8的極化時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)，使探頭補(bǔ)償線圈9極化。當(dāng)選擇為接收時(shí)，主控 電路1控制配諧電路14完成電容配諧，探頭補(bǔ)償線圈9接入，使信號(hào)直接接入選頻放大器 10,并控制其工作時(shí)間。同時(shí)，信號(hào)調(diào)理電路11開始工作，并將數(shù)據(jù)傳回。信號(hào)調(diào)理電路11 與主控電路1進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，通過磁場(chǎng)粗測(cè)模塊15得到磁場(chǎng)的大致范圍，以便主控電路1 能夠快速準(zhǔn)確調(diào)整配諧容值。
[0017] 在探頭補(bǔ)償線圈9極化階段：根據(jù)質(zhì)子旋進(jìn)原理，探頭補(bǔ)償線圈9中的線圈加入電 流后，產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)使溶液中的氫質(zhì)子不再沿原有方向進(jìn)動(dòng)，而是被迫沿極化場(chǎng)的方向發(fā) 生進(jìn)動(dòng)。
[0018] 在信號(hào)接收階段：溶液中氫質(zhì)子受激發(fā)一定時(shí)間后，突然撤去激發(fā)場(chǎng)，氫質(zhì)子會(huì)產(chǎn) 生一個(gè)弛豫效應(yīng)，表現(xiàn)為在探頭補(bǔ)償線圈9中產(chǎn)生一個(gè)衰減的MRS信號(hào)。
[0019] 當(dāng)發(fā)射結(jié)束后，經(jīng)過延遲，主控電路1控制切換到接收狀態(tài)，主控電路1的信號(hào)調(diào) 理電路11對(duì)信號(hào)調(diào)理并控制配諧電路14進(jìn)行電容配諧，此時(shí)探頭補(bǔ)償線圈9中的微弱MRS 信號(hào)進(jìn)入選頻放大器10，被放大后的MRS信號(hào)進(jìn)入信號(hào)調(diào)理電路11，信號(hào)疊加電路12將信 號(hào)調(diào)理電路11輸出的信號(hào)疊加提高信噪比，并送至上位機(jī)保存。
[0020] 信號(hào)調(diào)理電路11對(duì)選頻放大器10進(jìn)行再次測(cè)量，為了得到高精度的測(cè)量結(jié)果，需 將信號(hào)再次進(jìn)行一系列的信號(hào)處理，前置放大器15將信號(hào)放大，50Hz陷波器17對(duì)信號(hào)濾 波，帶通濾波器18再次對(duì)信號(hào)濾波，程控放大器19選擇合適的放大倍數(shù)，帶通濾波器20對(duì) 程控放大器放大的信號(hào)濾波處理，根據(jù)程控放大器21的檔位選擇放大倍數(shù)，帶通濾波器22 對(duì)程控放大器放大的信號(hào)濾波處理。最后經(jīng)過信號(hào)疊加電路12進(jìn)行的信號(hào)疊加處理最終 以脈沖的形式輸出并進(jìn)入數(shù)字檢測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)fjHz) = 0.04258+8^(1110運(yùn)算得出頻率。
[0021] 用于隧道磁場(chǎng)測(cè)量的質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀探測(cè)隧道磁場(chǎng)的方法：
[0022] 1、PC7通過RS-232接口 6連接主控電路1進(jìn)行通信，當(dāng)選擇為極化時(shí)，主控電路1 控制磁化系統(tǒng)8的極化時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)，使探頭補(bǔ)償線圈9極化。當(dāng)選擇為接收時(shí)，主 控電路1控制配諧電路14完成電容配諧，探頭補(bǔ)償線圈9接入，使信號(hào)直接接入選頻放大 器10,并控制其工作時(shí)間。同時(shí)，信號(hào)調(diào)理電路11開始工作，并將數(shù)據(jù)傳回。信號(hào)調(diào)理電路 11與主控電路1進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，通過磁場(chǎng)粗測(cè)模塊15得到磁場(chǎng)的大致范圍，以便主控電路 1能夠快速準(zhǔn)確調(diào)整配諧容值。
[0023] 2、在探頭補(bǔ)償線圈9極化階段：根據(jù)質(zhì)子旋進(jìn)原理，探頭補(bǔ)償線圈9中的線圈加入 電流后，產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)使溶液中的氫質(zhì)子不再沿原有方向進(jìn)動(dòng)，而是被迫沿極化場(chǎng)的方向 發(fā)生進(jìn)動(dòng)。
[0024] 3、在信號(hào)接收階段：溶液中氫質(zhì)子受激發(fā)一定時(shí)間后，突然撤去激發(fā)場(chǎng)，氫質(zhì)子會(huì) 產(chǎn)生一個(gè)弛豫效應(yīng)，表現(xiàn)為在探頭補(bǔ)償線圈9中產(chǎn)生一個(gè)衰減的MRS信號(hào)。
[0025] 4、當(dāng)發(fā)射結(jié)束后，經(jīng)過40秒延遲，主控電路1控制切換到接收狀態(tài)，主控電路1的 信號(hào)調(diào)理電路11對(duì)信號(hào)調(diào)理并控制配諧電路14進(jìn)行電容配諧，此時(shí)探頭補(bǔ)償線圈9中的 微弱MRS信號(hào)進(jìn)入選頻放大器10,被放大后的MRS信號(hào)進(jìn)入信號(hào)調(diào)理電路11，信號(hào)疊加電 路12將信號(hào)調(diào)理電路11輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)疊加，并送至上位機(jī)保存。
[0026] 5、信號(hào)調(diào)理電路11對(duì)選頻放大器10進(jìn)行再次測(cè)量，為了得到高精度的測(cè)量結(jié)果， 需將信號(hào)再次進(jìn)行一系列的信號(hào)處理，前置放大器16將信號(hào)放大，50Hz陷波器17對(duì)信號(hào)濾 波，帶通濾波器18再次對(duì)信號(hào)濾波，程控放大器18選擇合適的放大倍數(shù)，帶通濾波器19對(duì) 程控放大器放大的信號(hào)濾波處理，程控放大器20選擇合適的放大倍數(shù)，帶通濾波器21對(duì)程 控放大器放大的信號(hào)濾波處理。最后經(jīng)過信號(hào)疊加電路12進(jìn)行一系列的信號(hào)疊加處理最 終以脈沖的形式輸出并進(jìn)入數(shù)字檢測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)fjHz) = 0.04258+8^(1110計(jì)算得出頻率。
[0027] 6、探頭補(bǔ)償線圈9接入磁化系統(tǒng)8, 一定時(shí)間后，主控電路1控制磁化系統(tǒng)8停止 工作，是探頭補(bǔ)償線圈9。接下來主控電路1再次控制進(jìn)入接收狀態(tài)，，根據(jù)LC諧振公式

【權(quán)利要求】
1. 一種用于隧道磁場(chǎng)測(cè)量的質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀，其特征在于，是由磁場(chǎng)粗測(cè)模塊（15)、 時(shí)鐘（2)、鍵盤（3)、顯示器（4)、磁化系統(tǒng)（8)、選頻放大器（10)、信號(hào)調(diào)理電路（11)、信號(hào) 疊加電路（12)和高穩(wěn)晶振（13)分別與主控電路（1)連接，GPS模塊（5)和PC(7)分別經(jīng) RS-232接口（6)與主控電路（1)連接，探頭補(bǔ)償線圈（9)經(jīng)配諧電路（14)與主控電路（1) 連接，磁化系統(tǒng)（8)經(jīng)配諧電路（14)、選頻放大器（10)、信號(hào)調(diào)理電路（11)和信號(hào)疊加電 路（12)與高穩(wěn)晶振（13)鏈接構(gòu)成。
2. 按照權(quán)利要求1所述的用于隧道磁場(chǎng)測(cè)量的質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀，其特征在于，信號(hào)調(diào) 理電路（11)是由前置放大器（16)經(jīng)50Hz陷波器（17)、帶通濾波器（18)、程控放大器（19) 和程控放大器（21)與帶通濾波器（22)連接構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】G01V3/40GK204065427SQ201420488272
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】林君, 王琳, 尚新磊, 張鵬, 蔡敏 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)