本發(fā)明涉及一種核磁共振找水儀發(fā)射裝置及探測方法，特別涉及一種基于滯環(huán)電流跟蹤控制法的核磁共振找水儀發(fā)射裝置及探測方法，屬于地球物理探測儀器領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在核磁共振找水儀的探測過程中，主要包括的兩個部分是大功率發(fā)射裝置及弱信號檢測。發(fā)射系統(tǒng)的功能是向地下發(fā)射大功率正弦交變脈沖產(chǎn)生激發(fā)磁場，激發(fā)地下水中氫質(zhì)子，使之產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象；接收系統(tǒng)的功能是對MRS信號進(jìn)行調(diào)理和檢測。其中大功率發(fā)射裝置主要原理是發(fā)射系統(tǒng)產(chǎn)生交變高幅值的正弦電流，由交變正弦電流在地下感應(yīng)出激勵磁場，能夠使地下水中的氫質(zhì)子發(fā)生能級躍遷現(xiàn)象。正弦電流的頻率隨著當(dāng)?shù)夭煌腖armor頻率的變化而變化，因此為了達(dá)到最大的激發(fā)效果需要改變正弦電流的頻率，為了達(dá)到能夠使發(fā)射電路產(chǎn)生變頻高幅值的正弦電流，設(shè)計了本發(fā)明的發(fā)射裝置。

以往核磁共振找水儀器中發(fā)射裝置中均含采用由發(fā)射線圈和發(fā)射配諧電容組成串聯(lián)諧振電路，以此來產(chǎn)生大功率正弦電流，但由于配諧電容所需的電容箱體積過大，使得儀器設(shè)備不易搬運(yùn)，且輸出的正弦電流均需要較長的時間將幅值降低為零等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于，針對上述問題，提供一種核磁共振找水儀發(fā)射裝置，該裝置具有體積小巧、輕便的特點并且能夠輸出變頻高幅值正弦電流；并且提供了該裝置的探測方法，能夠根據(jù)改變指令電流參數(shù)來改變輸出發(fā)射電流的參數(shù)，容易改變發(fā)射電流頻率與幅值，能夠使發(fā)射線圈輸出電流無拖尾效應(yīng)。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)：

一種核磁共振找水儀發(fā)射裝置，該發(fā)射裝置包括電源，發(fā)射橋路，滯環(huán)反饋電路，CPLD模塊及電流傳感器；其中所述電源與發(fā)射橋路相連，為發(fā)射橋路提供電源，發(fā)射橋路另外分別與滯環(huán)反饋電路及核磁共振找水儀的發(fā)射線圈相連，所述CPLD模塊與滯環(huán)反饋電路的另一端相連，所述電流傳感器與所述發(fā)射線圈與相連，用于實時測量發(fā)射線圈中的發(fā)射電流值，所述電流傳感器與所述CPLD模塊相連，將測量的發(fā)射電流值的信號傳送至所述滯環(huán)反饋電路中；

所述滯環(huán)反饋電路包括信號比較電路，滯環(huán)比較器及MOSFET管驅(qū)動電路；所述信號比較電路與所述CPLD模塊連接，將誤差電流傳遞至滯環(huán)比較器中，使誤差電流與設(shè)定的閾值做比較后輸出控制信號，所述滯環(huán)比較器再與所述MOSFET管驅(qū)動電路相連，所述MOSFET管驅(qū)動電路與發(fā)射橋路相連，所述發(fā)射橋路輸出高頻正弦電流至發(fā)射線圈中，發(fā)射線圈產(chǎn)生交變磁場，激發(fā)水中的氫質(zhì)子發(fā)生能量躍遷。

進(jìn)一步地，所述CPLD模塊中設(shè)有A/D轉(zhuǎn)換器，用于將接收的發(fā)射電流值的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。

進(jìn)一步地，所述發(fā)射橋路中設(shè)有MOSFET管，所述MOSFET管驅(qū)動電路接收滯環(huán)比較器的控制信號來控制發(fā)射橋路中的MOSFET管的導(dǎo)通與關(guān)斷。

一種核磁共振找水儀發(fā)射裝置的探測方法，是通過如下步驟實現(xiàn)的：

a、選定測試地點，以測試地點為中心鋪設(shè)線圈作為發(fā)射線圈，并將發(fā)射線圈作為發(fā)射裝置的負(fù)載與發(fā)射裝置相連接，將發(fā)射機(jī)上位機(jī)平臺經(jīng)數(shù)據(jù)線與發(fā)射裝置相連，并通過發(fā)射機(jī)上位機(jī)平臺設(shè)置發(fā)射電路的輸入電壓值，并對發(fā)射裝置中的CPLD模塊設(shè)置發(fā)射電流所需參數(shù)值，根據(jù)輸出發(fā)射電流要求設(shè)置，包括：指令電流幅值與頻率以及上、下閾值，初始設(shè)定結(jié)束。

b、以測試地點為中心鋪設(shè)線圈作為接收線圈，并將接收線圈作為接收機(jī)的輸入，兩者相連，將接收機(jī)上位機(jī)平臺經(jīng)數(shù)據(jù)線與接收機(jī)相連。

c、電流傳感器實時采集發(fā)射線圈中的電流值，為發(fā)射電流值，將采集的發(fā)射電流值傳輸至CPLD模塊中，由CPLD模塊中的A/D轉(zhuǎn)換器將發(fā)射電流值的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，將信號傳送至滯環(huán)反饋電路中。

d、滯環(huán)反饋電路中的信號比較電路計算發(fā)射電流值與所述步驟a設(shè)定的指令電流兩者之間的差值，即誤差電流，然后將誤差電流傳遞至滯環(huán)比較器中，使其與步驟a中發(fā)射裝置上位機(jī)平臺設(shè)定的上、下閾值做比較后輸出控制信號，由此來控制MOSFET管驅(qū)動電路。閾值大小決定了發(fā)射電流的輸出性能，以及電路中MOSFET管的開關(guān)頻率。

e、MOSFET管驅(qū)動電路控制發(fā)射橋路橋臂中MOSFET管的導(dǎo)通與關(guān)斷。

f、最后發(fā)射橋路輸出高頻正弦電流至發(fā)射線圈中，發(fā)射線圈產(chǎn)生交變磁場，激發(fā)水中的氫質(zhì)子發(fā)生能級躍遷。由接收線圈中接收由氫質(zhì)子產(chǎn)生的信號，并將信號處理后傳遞到接收機(jī)中，由接收機(jī)上位機(jī)平臺處理接收信號，經(jīng)過判斷接收信號的種類來確定是否有水源，以此完成一次地下水的探測。

進(jìn)一步地，所述步驟a中的指令電流的幅值根據(jù)輸出發(fā)射電流要求，并根據(jù)測量地點需求設(shè)置其幅值范圍為100A-200A，頻率為2kHz～3kHz。

進(jìn)一步地，所述步驟a中的上、下閾值為所述步驟a中所設(shè)置指令電流值的5％。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的發(fā)射裝置改變原有采用配諧電路的設(shè)計思路，采用較為小巧、輕便的器件實現(xiàn)產(chǎn)生大功率正弦電流的裝置；采用滯環(huán)電流跟蹤控制法能夠根據(jù)改變指令電流參數(shù)來改變輸出發(fā)射電流的參數(shù)，且能進(jìn)一步提高輸出電流的輸出性能。

本發(fā)明針對地下工程中隧道和礦井的特殊工作環(huán)境，從核磁共振的基本原理出發(fā)，設(shè)計了基于滯環(huán)電流跟蹤控制法的發(fā)射裝置，著重于對發(fā)射裝置的滯環(huán)電流反饋跟蹤系統(tǒng)部分進(jìn)行研發(fā)與設(shè)計。

此方法的特點在于，基于滯環(huán)電流跟蹤控制法的發(fā)射裝置能夠輸出變頻高幅值正弦電流，主要過程為將期望輸出參數(shù)值輸入發(fā)射機(jī)上位機(jī)平臺處，由CPLD模塊根據(jù)上位機(jī)指令輸出指令電流，再由滯環(huán)反饋電路實時處理指令信號與發(fā)射信號，將反饋信號轉(zhuǎn)換為發(fā)射電路橋臂中開關(guān)器件的驅(qū)動信號，使輸出正弦電流實時跟隨指令信號。這種方法的優(yōu)點在于容易改變發(fā)射電流頻率與幅值，通過控制將指令電流幅值瞬間變?yōu)榱?，使發(fā)射線圈輸出電流無拖尾效應(yīng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的滯環(huán)反饋電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為核磁共振找水儀的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。

參見圖1，一種核磁共振找水儀發(fā)射裝置，該發(fā)射裝置包括電源1，發(fā)射橋路2，滯環(huán)反饋電路3，CPLD模塊4及電流傳感器5，其中所述電源1與發(fā)射橋路2相連，為發(fā)射橋路2提供電源，發(fā)射橋路2另外分別與滯環(huán)反饋電路3及所述發(fā)射線圈9相連，所述CPLD模塊4與滯環(huán)反饋電路3的另一端相連，所述發(fā)射線圈9與所述電流傳感器5相連，用于測量發(fā)射線圈9中的發(fā)射電流值，所述電流傳感器5與所述CPLD模塊4相連，將發(fā)射電流值的信號傳送至所述滯環(huán)反饋電路3中；

參見圖2，滯環(huán)反饋電路3包括信號比較電路6，滯環(huán)比較器7及MOSFET管驅(qū)動電路8；所述信號比較電路6與所述CPLD模塊4連接，用來接收經(jīng)實時測量傳遞至CPLD模塊4的發(fā)射電流值，經(jīng)實時測量傳遞至CPLD模塊4的發(fā)射電流值與CPLD模塊4設(shè)定的指令電流兩者的差值，為誤差電流，所述信號比較電路6另一端與滯環(huán)比較器7相連，將誤差電流傳遞至滯環(huán)比較器7中，使誤差電流與設(shè)定的閾值做比較后輸出控制信號，所述滯環(huán)比較器7再與所述MOSFET管驅(qū)動電路8相連，所述MOSFET管驅(qū)動電路8與發(fā)射橋路2相連，所述MOSFET管驅(qū)動電路8接收滯環(huán)比較器7的控制信號來控制發(fā)射橋路2中的MOSFET管的導(dǎo)通與關(guān)斷；所述發(fā)射橋路2輸出高頻正弦電流至所述發(fā)射線圈9中，發(fā)射線圈9產(chǎn)生交變磁場，激發(fā)水中的氫質(zhì)子發(fā)生能級躍遷，由接收線圈14接收氫質(zhì)子躍遷后產(chǎn)生的信號，最后將信號反饋到接收機(jī)13中。

參見圖3，核磁共振找水儀整體結(jié)構(gòu)包括發(fā)射機(jī)上位機(jī)平臺10，發(fā)射裝置11，發(fā)射線圈9，接收機(jī)上位機(jī)平臺12，接收機(jī)13及接收線圈14；所述發(fā)射機(jī)上位機(jī)平臺10與發(fā)射裝置11相連，通過所述發(fā)射機(jī)上位機(jī)平臺10對發(fā)射裝置11的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，所述發(fā)射裝置11與發(fā)射線圈9相連，所述接收機(jī)上位機(jī)平臺12與接收機(jī)13相連，接收機(jī)13將接收信號傳遞至接收機(jī)上位機(jī)平臺12，所述接收機(jī)13與接收線圈14相連，所述發(fā)射裝置11與接收機(jī)13同步信號相連；所述發(fā)射裝置11輸出高頻正弦電流至發(fā)射線圈9中，發(fā)射線圈9產(chǎn)生交變磁場，激發(fā)水中的氫質(zhì)子發(fā)生能級躍遷，由接收線圈14接收由氫質(zhì)子躍遷后產(chǎn)生的信號，信號經(jīng)接收機(jī)13放大后傳遞到接收機(jī)上位機(jī)平臺12中，經(jīng)過判斷接收信號的種類來確定是否有水源。

一種核磁共振找水儀發(fā)射裝置的探測方法，是通過如下步驟實現(xiàn)的：

a、選定測試地點，以測試地點為中心鋪設(shè)線圈作為發(fā)射線圈9，并將發(fā)射線圈9作為發(fā)射裝置11的負(fù)載與發(fā)射裝置11相連接，將發(fā)射裝置上位機(jī)平臺1經(jīng)數(shù)據(jù)線與發(fā)射裝置2相連，并在發(fā)射機(jī)上位機(jī)平臺10上設(shè)置發(fā)射裝置11的輸入電壓值，輸入電壓值的大小根據(jù)地下工程中的實際需要設(shè)定參數(shù)值，信號輸入至電源1來產(chǎn)生發(fā)射橋路2所需輸入電壓，同時，通過發(fā)射機(jī)上位機(jī)平臺10對發(fā)射裝置11中的CPLD模塊4設(shè)置指令電流(i_ref)的參數(shù)，指令電流(i_ref)的參數(shù)根據(jù)輸出發(fā)射電流要求，設(shè)置其幅值范圍為100A-200A，頻率為2kHz～3kHz，初始設(shè)定結(jié)束，并且設(shè)置上下閾值，閾值一般為所設(shè)置指令電流(i_ref)的5％。

b、以測試地點為中心鋪設(shè)線圈作為接收線圈14，并將接收線圈14作為接收機(jī)13的輸入，兩者相連，將接收機(jī)上位機(jī)平臺12經(jīng)數(shù)據(jù)線與接收機(jī)13相連。

c、電流傳感器5采集發(fā)射線圈9中的電流值，為發(fā)射電流值，將采集的發(fā)射電流值傳輸至CPLD模塊4中，由CPLD模塊4中的A/D轉(zhuǎn)換器將發(fā)射電流值的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，將信號傳送至滯環(huán)反饋電路3中。

d、滯環(huán)反饋電路3中的信號比較電路6計算發(fā)射電流值(i_f)與所述步驟a設(shè)定的指令電流(i_ref)兩者之間的差值，即誤差電流(△i)，然后將誤差電流(△i)傳遞至滯環(huán)比較器7中，使其與設(shè)定的閾值做比較后輸出控制信號，由此來控制MOSFET管驅(qū)動電路8。

e、MOSFET管驅(qū)動電路8控制發(fā)射橋路2橋臂中MOSFET管的導(dǎo)通與關(guān)斷。其中發(fā)射橋路8中搭建橋臂選擇的器件是MOSFET管。

由于MOSFET管的工作原理是采用柵極電壓來控制漏極電流，其優(yōu)點為需要驅(qū)動電路的功率較小、開關(guān)速度快、工作頻率高。由于滯環(huán)反饋電路3中信號比較的速率較高，導(dǎo)致橋臂開關(guān)器件的開關(guān)頻率可高達(dá)上百KHz左右，所以選擇MOSFET管作為橋臂開關(guān)器件。

f、最后發(fā)射橋路2輸出高頻正弦電流至發(fā)射線圈9中，發(fā)射線圈9產(chǎn)生交變磁場，激發(fā)水中的氫質(zhì)子發(fā)生能級躍遷。由接收線圈14中接收由氫質(zhì)子能級躍遷產(chǎn)生的信號，并將信號處理后傳遞到接收機(jī)13中，以此完成一次地下水的探測。