一种地面核磁共振采样装置的制作方法

本实用新型属于核磁共振仪器制备领域，尤其涉及一种地面核磁共振采样装置。

背景技术：

地面核磁共振(SNMR)技术是一种新的地球物理方法，自被开发成功以来，在水文、地质的许多领域获得了应用，目前是世界上唯一可用作直接寻找深层地下水的一种科学技术。应用SNMR技术的此类仪器通常是采用人工激发的电磁场，使得分子中的质子形成宏观磁矩，在当地地磁场作用下，产生旋进运动，其频率就是质子在地磁场中的拉莫尔频率，例如核磁共振找水仪就是对当地氢质子的拉莫尔频率进行检测。

由于核磁共振信号非常微弱(一般是nV级)，在使用基于此技术的仪器进行探测的环境中，存在各种电磁噪声(50Hz或60Hz工频谐波噪声，尖峰噪声，随机噪声等)，会对探测仪器造成严重干扰，甚至导致仪器无法正常工作。如果使用者在不清楚这些电磁噪声的情况下就选择测点，就可能会浪费大量人力、物力和财力。这时就需要一个能够对环境中电磁噪声进行事先测量和分析的装置，为确定该地点能否进行相关仪器的使用提供一种依据。对于中国地区来讲，拉莫尔频率都在1kHz到3kHz之间，例如长春拉莫尔频率为2.326kHz。因此针对核磁共振的环境噪声采集装置主要是对1kHz到3kHz之间的噪声信号进行采集和分析。以法国IRIS公司的与核磁共振找水仪配套的环境电磁噪声分析仪和中国吉林大学仪器科学与电气工程学院JLMRS型找水仪团队研制的噪声检测仪器为例，现在的噪声采集和分析装置都过于庞大，整体携带不方面，如果是单人操作，无法进行长时间的测量，所以地面核磁共振噪声采集和分析装置的一个首先要解决的的问题就是要采样电路的内部噪声减到最小以及减少采用电路的复杂。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种地面核磁共振采样装置，电路简单，采样电路内部噪声低。

本实用新型是这样实现的，一种地面核磁共振采样装置，该装置包括：

线圈，用于接收环境电磁噪声信号；

前置低噪声放大器，与线圈连接后，将信号进行放大；

滤波单元，其输入端连接前置低噪声放大器的输出端，对放大的信号进行选频；

采集卡，其输入通道与滤波单元的输出连接后，将噪声信号经A/D转换成数字信号；

PC机，与所述采集卡的输出通道连接，接收并存储采集卡采集的信号；

第一DC/DC电路，与电源连接后将12V电源转为9V输出至前置低噪声放大器以及滤波单元供电；

第二DC/DC电路，与电源连接后将12V电源转为5V输出至采集卡。

进一步地：所述线圈的外层用白色塑料封装的环形漆包线线圈，每一圈的周长为1.885m，每一圈的面积为0.2827m²，线圈外围一圈绝缘线，绝缘线一端连接330Ω小电阻，作为激励信号源，外接到动态信号分析仪的通道。

进一步地：所述前置低噪声放大器采用三个LT1028型号的低噪声运放模块并联形成前置放大器后再与一个LT1028型号的低噪声运放模块串联而成。

进一步地：所述滤波单元包括：与前置低噪声放大器的输出连接的低通滤波电路以及与低通滤波电路的输出相连接的高通滤波电路，所述低通滤波电路包括型号为LT1885IS的第一运算器A1，所述第一运算器的同相输入端连接电阻R2，并通过电容C1接地，所述第一运算器的反相输入端连接电阻R1后并通过可调电阻Rf1连接输出端。

进一步地：所述高通滤波电路：包括型号为LT1885IS的第二运算器A2，所述第二运算器A2的同相输入端通过连接电容C2输入，并通过电阻R4接地，所述第二运算器A2的同相输入端通过电阻R3接地后，通过可调电阻Rf2连接至输出端。

进一步地：所述采集卡采用Net0824采集卡，包括以太网接口，直接与PC机的以太网接口连接。

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：本实用新型电路简单，采样电路内部噪声低，由于电路简单可以减少了体积，可以做成体积很小的设备，便于携带。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的采样装置的模块框图；

图2是本实用新型实施例提供的前置低噪声放大器的电路图；

图3是本实用新型实施例提供的滤波单元的电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图1，地面核磁共振采样装置，该装置包括：线圈，用于接收环境电磁噪声信号；前置低噪声放大器，与线圈连接后，将信号进行放大；滤波单元，其输入端连接前置低噪声放大器的输出端，对放大的信号进行选频；采集卡，其输入通道与滤波单元的输出连接后，将噪声信号经A/D转换成数字信号；PC机，与所述采集卡的输出通道连接，接收并存储采集卡采集的信号；第一DC/DC电路(现有模块可以实现的电压转化)，与电源连接后将12V电源转为9V输出至前置低噪声放大器以及滤波单元供电；第二DC/DC电路(现有模块可以实现的电压转化)，与电源连接后将12V电源转为5V输出至采集卡。

考虑到装置的便携性，用于获取噪声的接收线圈需要满足轻巧、小尺寸。对于接收线圈来说，线圈能接收到信号的大小跟有效面积成线性关系，因此有效面积越大的线圈，所能接收到的信号就越大。但是，线圈的匝数又不能太高，因为匝数过高，线圈的分布电容会增大，从而线圈的截止频率减小，影响有效信号的接收。

核磁共振找水仪所使用的线圈为10000m²，为了达到能仿真地面核磁共振仪器工作时所采集到的噪声的目的，本实施例的噪声采集装置所要使用的接收线圈，其有效面积不能小于100m²，而且线圈需要尺寸小和方便携带，因此采用了环形漆包线线圈，

以下是测得的接收线圈的必要参数：

外层用白色塑料封装的环形漆包线线圈，测量得直径D＝60cm，计算每一圈的周长为C＝π×D＝3.14159×0.6m＝1.885m，每一圈的面积为

用LCR测试仪测得线圈DCR＝86.3Ω，用游标卡尺测得漆包线外径为0.56mm，查资料得知此种漆包线标准由此可计算得线圈总长度L＝86.3/0.0694＝1243.5m，进而计算得线圈匝数为N＝1243.5/1.885＝660，所以线圈总有效面积为S0＝0.2827×660m²＝186.6m²。

用LCR测试仪测量线圈的电感，f＝1k时，L_s＝375mH；f＝10k时，L_s＝513mH。

接收线圈谐振频率的大小关系到信号采集的可行性，用动态信号分析仪测试了线圈的衰减特性，寻找其谐振频率。因外界噪声太大，故在线圈外围绕了一圈绝缘线，绝缘线一端连接330Ω小电阻，作为激励信号源，接到动态信号分析仪的通道1，然后连接动态信号分析仪的信source端和通道1，待测的接收线圈线圈的两端连接到通道2，可实现测量线圈衰减特性的目的。其最高点就是接收线圈的谐振频率。

参见图2，前置低噪声放大器采用三个LT1028型号的低噪声运放模块并联形成前置放大器后再与一个LT1028型号的低噪声运放模块串联而成。由于通过接收线圈耦合进来的环境电磁噪声存在是纳伏级的小电压信号，这样就要求前置放大器的等效输入噪声足够低。

本实施例中选择采用低噪声运放模块LT1028来完成，在1kHz到3kHz频率范围内有较好的特性。

此放大电路增益为100倍，用信号发生器和数字示波器完成了放大倍数的测试，其中信号发生器给的是“2kHz，100mVpp”的正弦波，经过前放放大后，接入数字示波器，显示为“2kHz，9.98Vpp”的正弦波形，改变信号发生器给的信号波形的幅值，多次测量，测试结果均为放大约100倍。

图3所示，为了获取频率范围在1kHz到3kHz之间的噪声信号，该噪声采集装置需要一个选频电路，来完成通频带的选择。选择使用两块LT1885IS器件分别搭建截止频率在1kHz的高通滤波电路和截止频率在3kHz的低通滤波电路。具体地：

滤波单元包括：与前置低噪声放大器(图3用A来表示)的输出连接的低通滤波电路以及与低通滤波电路的输出相连接的高通滤波电路，低通滤波电路包括型号为LT1885IS的第一运算器A1，第一运算器的同相输入端连接电阻R2，并通过电容C1接地，所述第一运算器的反相输入端连接电阻R1后并通过可调电阻Rf1连接输出端。

高通滤波电路：包括型号为LT1885IS的第二运算器A2，第二运算器A2的同相输入端通过连接电容C2输入，并通过电阻R4接地，所述第二运算器A2的同相输入端通过电阻R3接地后，通过可调电阻Rf2连接至输出端。

将前置低噪声放大器和滤波单元放在一起，综合测试，测试设备为动态信号分析仪。测试结果显示最大增益为1426，此时频率处于2.0kHz，而在频率处于长春本地拉莫尔频率2.326kHz时，总增益为1398，通频带为1.3kHz到3.1kHz。

采集卡采用Net0824采集卡，包括以太网接口，直接与PC机的以太网接口连接。Net824采集卡的供电，DC+5V电源输入正端，电压范围DC4.5V-5.5V，整机功耗6.5W。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。