[實用新型]核磁共振找水儀接收系統前端信號調理模塊

有效

• 申請號: 201320181493.4
• 申請日: 2013-04-12
• 公開（公告）號: CN203204140U
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 段清明;馮莉波
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01R33/36
• 分類號: G01R33/36;G01V3/14
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王立文

技術領域：

本實用新型涉及一種信號調理模塊，尤其是基于多匝線圈的地面核磁共振找水儀接收前端的信號調理。?

背景技術：

近年來，隨著MRS技術在我國的廣泛應用，利用核磁共振測深技術探測地下水的不足也體現出來。?

對于傳統的MRS找水儀采用的是單匝方形線圈作為發射和接收線圈。儀器系統的有效探測深度和線圈邊長近似相等，而核磁共振找水儀接收到的信號十分微弱，只有幾十納伏到幾千納伏，故利用傳統的單匝線圈作為收發線圈的MRS儀器系統很難突破探測深度的極限，需要新的技術來完善。?

對于利用單匝線圈找水探測時，收發采用4×100米的方形線圈，不僅在鋪設時需要有較高的要求，而且需要10000平方米地勢較好的平坦地面，我國幅員遼闊，地形復雜多樣，這樣，在一些地區崎嶇不平，不易進行地下水探測。另外，對于一些礦產隧道突水的探測，需要較小的線圈探測，因此需要突破線圈邊長的限制。?

對于傳統的MRS方法探測難度大，找水的橫向和深度分辨率不高，施工的效率較低。?

所以，在單匝線圈MRS探測的基礎上，提出了通過增加線圈匝數的方法來增加MRS找水儀的探測深度，從而保證在一定探測深度的前提下，提高了儀器的探測空間分辨率和野外施工效率，同時也降低了探測系統對地形的依賴程度，但是利用多匝線圈作為接收線圈與前置放大器之間存在嚴重的阻抗不匹配問題，使得接收到的微弱信號不能最大功率的傳輸到后級電路。?

發明內容：

本實用新型的目的是針對上述現有技術的不足，提供了一種讓核磁共振找水儀的多匝接收線圈與前置放大電路之間的連接實現匹配，從而使得接收到的微弱信號以最大功率傳輸到后級的核磁共振找水儀接收系統前端信號調理模塊。?

本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的：?

核磁共振找水儀接收系統前端信號調理模塊，由發射部分1依次連接接收線圈2、信號調理模塊、主放大器7、MRS信號檢測8和PC機9組成，信號調理模塊是由端口保護電路3經配諧電容4和阻抗匹配電路5與前置放大器6連接構成。?

阻抗匹配電路5是由第一電抗匹配元件21的一端連接到前端諧振回路等效輸出阻抗20與第二電抗匹配元件22的連線上，第一電抗匹配元件21的另一端連接到前端諧振回路等效輸出阻抗20與放大器等效輸入阻抗(24)的連線上，第三電抗匹配元件23的一端連接到第二電抗匹配元件22與放大器等效輸入阻抗24的連線上，第三電抗匹配元件23的另一端連接到前端諧振回路等效輸出阻抗20與放大器等效輸入阻抗24的連線上，構成π型匹配網絡。?

核磁共振找水儀接收系統前端信號調理模塊，是由端口保護電路3經配諧電容4和阻抗匹配電路5與前置放大器6連接構成。?

所述的阻抗匹配電路5是由第一電抗匹配元件21的一端連接到前端諧振回路等效輸出阻抗20與第二電抗匹配元件22的連線上，第一電抗匹配元件21的另一端連接到前端諧振回路等效輸出阻抗20與放大器等效輸入阻抗24的連線上，第三電抗匹配元件23的一端連接到第二電抗匹配元件22與放大器等效輸入阻抗24的連線上，第三電抗匹配元件23的另一端連接到前端諧振回路等效輸出阻抗20與放大器等效輸入阻抗24的連線上，構成π型匹配網絡。?

實現該設計的主要步驟：首先，對MRS儀器的接收線圈進行阻抗特性分析，建立并簡化出線圈的阻抗模型；然后根據串聯諧振的原理計算出MRS信號接收回路的配諧電容；之后根據線圈的阻抗特性和配諧電容的容值，計算出接收回路的輸出阻抗；最后通過π型匹配電路的參數計算公式，求出匹配電路中各元件的參數，并根據計算得到的參數，分析接收回路的品質因數Q，最后進行仿真驗證。?

對多匝線圈的特性進行分析得知，當多匝線圈長度在200m-2000m之間，線圈的電阻變化范圍為0.5Ω-10Ω，電感為100μH-300mH之間。由于找水區域地形復雜導致接收線圈鋪設類型多變，為滿足匹配電路參數的靈活調節，并能在1kHz～3kHz之間實現電路的阻抗匹配，選用了π型匹配電路，該電路的參數通過鏡像參數的方法計算得到。?

有益效果：通過對MRS找水儀接收前端的信號調理，建立了接收回路的諧振等效模型，分析了接收線圈電感、電阻和阻抗匹配電路的輸入阻抗對品質因數Q的影響，并給出了仿真和測試結果，最終在保證接收回路品質因數Q的前提下，給出了阻抗匹配電路的最佳參數，使得前端接收信號能夠最大功率的傳輸給后級放大電路，提高了前端接收線圈的品質因數Q，同時提高了后級電路對核磁信號的采集精度。?

附圖說明：

圖1核磁共振找水儀接收系統前端信號調理模塊結構框圖。?