提高磁力仪梯度容限的研究

论文摘要

当磁场不存在梯度时,测频时间可以达到900ms以上,当存在梯度场时,拉莫尔信号的衰减常数变小,信号急剧衰减,此时测频的时间将相应减少。在弱场中,信号的传感器中感应的信号很弱,经放大后的信号信噪比很低,随着信号的衰减,信噪比将急剧降低,此时测频的时间也将相应减少。如何根据信号质量确定测频时间,是提高梯度容限的主要方法之一,同时也是提高弱场探测能力的重要方法之一。本文通过matlab模拟产生拉莫尔信号,用MATLAB模拟出频率为2.3KHz的衰减的拉莫尔正弦信号0)??/?sin,模拟整形电路功能将拉莫尔信号转换成方波,通过方波计数,实现频率模拟测量。研究信号幅度、衰减时间常数对测频灵敏度的影响规律,为确定最佳测频时间奠定理论基础。本文通过严密的数学论证,给出了灵敏度时域和频域表示法的理论依据。这为利用梯度法和同步法估计灵敏度提供了理论支撑。在此基础上,利用实验室自制的梯度线圈产生7000nT/m梯度场,得到该梯度下的信号包络,在该梯度下对Overhauser磁力仪的灵敏度进行了估计,在3s一个周期下达到19nT灵敏度。综上,根据信号质量适当调整数频时间的方法,可以有效改善高梯度情况的测频灵敏度,提高了磁力仪的梯度容限,实验表明,在7000nT/m的情况下,磁力仪仍能稳定读数。

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摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 磁力仪的种类

1.1.2 Overhauser磁力仪的优点

1.1.3 磁力仪的应用领域

1.1.4 Overhauser磁力仪技术指标

1.1.5 高梯度容限Overhauser磁力仪研究意义

1.2 国内外研究状况

1.2.1 国外Overhauser磁力仪研究现状

1.2.2 国内Overhauser磁力仪研究现状

1.3 论文主要研究内容

第2章 Overhauser磁力仪工作原理

2.1 Breit Rabi公式

2.2 σ跃迁和π跃迁

2.3 Solomon关系

2.4 拉莫尔旋进效应

2.5 拉莫尔信号频率测量方法

第3章 Overhauser磁力仪设计

3.1 磁力仪总体设计概述

3.2 模拟板标准测试结果

3.3 ARM按键识别设计

3.4 LCD模块软硬件设计

3.4.1 显示屏接口电路

3.4.2 显示板接口电路

第4章最佳测频时间研究

4.1 最佳测频时间模拟研究

4.1.1 研究目的

4.1.2 研究方法

4.1.3 研究过程

4.2 最佳数频时间实验方案设计

4.2.1 拉莫尔信号的模拟

4.2.2 电路的搭建

4.2.3 信号源与数频同步

第5章高梯度容限时灵敏度估计

5.1 传感器灵敏度的一般概念与测试方法

5.2 传感器测量形式

5.3 被测量与电信号的转换关系

5.4 系统测量信号与噪声

5.5 被测量噪声的表示形式与转换

5.5.1 被测量噪声的时域表示

5.5.2 被测量噪声的功率谱表示

5.5.3 时域与谱域表示的等价转换

5.5.4 电噪声与被测量噪声转换

5.6 质子磁力仪灵敏度（磁噪声）的定义与获取

5.6.1 MATLAB与随机信号分析

5.6.2 随机信号的时域统计

5.6.3 随机信号的谱域分析

5.6.4 功率谱密度的定义

5.6.5 维纳—欣钦（Wiener-Khinchine）定理

5.7 信噪比对灵敏度的影响

5.8 同步精度对灵敏度评价

5.9 梯度容限标定

5.9.1 正常磁场测量

5.9.2 高梯度磁场测量

第6章总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

参考文献

作者简介

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孙轩祎

导师: 张爽

关键词: 磁力仪,梯度容限,地磁场,灵敏度

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地球物理学

单位: 吉林大学

分类号: P318.61

总页数: 68

文件大小: 3805K

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