本发明属于地球物理探测仪器领域，尤其是一种基于4g网络的多点远程操控核磁共振探测装置及方法。
背景技术
水资源作为人类赖以生存的不可或缺的重要能源，目前水资源的短缺问题日益严重，这不仅是我国面临的主要问题，已经逐渐发展成全球性的生态问题。核磁共振进行地下水探测是目前唯一能够直接进行地下水含水状态探测的方法，该方法测得的信号可准确反演出地下水含量、深度等，该方法具有分辨率高、信息量丰富、解释结果唯一的特性。近些年核磁共振进行地下水探测方法得到了更广范围的应用，比如在隧道，矿井的突水探测，滑坡、堤坝渗水探测等方面也取得较好的应用。
现存的核磁共振仪器必须操作人员到现场进行相关的设置才能开始工作，采集有用信号，然而由于其工作环境的恶劣，操作人员难以靠近及仪器笨重等原因限制了核磁仪器的应用范围，所以可远程操控的核磁共振探测装置是解决这一问题的关键。
目前随着无线网络和移动通讯技术的迅速发展，4g网络已经覆盖全国，智能手机和平板电脑的应用也十分普遍。所以设计一种基于4g网络的多点远程操控核磁共振探测装置解决了核磁共振探测仪器的操作人员辛苦、危险等问题，减少了同等地理面积的探测时间，实现了一台智能仪器控制多个核磁采集站的功能，同时也使得核磁共振这种地球物理探测仪器更具有智能化的性能指标。
另外由于现存仪器是发射系统与接收系统分开设计，通过同步信号线控制发射和接收的同步过程，具有两套控制系统，控制繁琐，仪器复杂，因此仪器的内部设计需要改进及完善。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于4g网络的多点远程操控核磁共振探测装置，解决核磁仪器的应用范围，以及仪器电路冗余的问题。
本发明是这样实现的，一种基于4g网络的多点远程操控核磁共振探测装置，其特征在于，包括智能终端和多个核磁采集站，所述智能终端通过4g网络与多个核磁采集站完成远程发送数据命令及回收数据的过程；
所述核磁采集站包括4g串口透传模块、mcu处理器、主控电路、采集模块、驱动电路、发射桥路、信号调理模块、发射线圈以及接收线圈，
所述mcu处理器接收4g串口透传模块的数据传输并进行数据解析，执行4g串口透传模块传送过来的操控命令，发送给主控电路，并负责采集和存储采集模块传来的采集数据；
所述主控电路与mcu处理器连接，解析并执行mcu处理器发送的指令，同时连接驱动电路和信号调理模块，控制驱动电路开始发射电流，控制信号调理模块对接收线圈的信号进行调理；
所述驱动电路接收主控电路发出的驱动信号，产生大功率驱动信号，送给发射桥路；
所述发射桥路连接驱动电路与发射线圈，大功率驱动信号经过发射桥路送给发射线圈；
所述采集模块与mcu处理器及信号调理模块连接，接收信号调理模块输出的信号，采集后传送给mcu处理器。
进一步地，所述信号调理模块包括高压继电器、前置放大电路、宽带滤波电路以及程控增益放大电路，接收线圈直接连接高压继电器，主控电路控制高压继电器的开启和关断，信号调理模块将接收的信号送给前置放大电路进行信号放大再经过宽带滤波电路进行信号滤波，最后送给程控增益放大电路，同时主控电路连接程控增益放大器，通过对放大倍数的设置，使得采集模块采集到最理想的核磁共振信号。
进一步地，所述智能终端通过4g网络与多个核磁采集站完成远程发送数据命令及回收数据的过程为：智能终端初始化，人工手动设置采集参数，然后智能终端向各核磁采集站发送命令数据，等待接收执行结果，如果没有执行完毕则继续等待，执行完毕后智能终端向各采集站发送接收数据命令，然后接收各采集站探测数据，检测是否接收完毕，如果没有接收完则继续接收，接收完毕后，智能终端检测数据并存储，之后结束本流程。
进一步地，所述核磁采集站采集信号的流程为：首先参数串口初始化，等待接收智能终端命令，当4g串口透传模块接收到命令后发送给mcu处理器，mcu处理器解析命令后发给主控电路设置驱动电路及信号调理电路参数，之后主控电路根据gps时间同步器控制驱动电路开始发射同时控制信号调理模块开始采集，检测采集数据是否完毕，如果没有则继续等待，完毕后向智能终端发送执行结果，之后等待智能终端命令，当命令到后则向智能终端发送采集到的探测数据，之后结束本流程。
进一步地，所述装置采用电源供电模块供电，包括电池模块、供电电源模块和大功率发射电源，其中电池模块连接到供电电源模块和大功率发射电源模块，给供电电源模块和大功率发射电源模块供电，其中供电电源模块通过不同的dc-dc电路分压出不同幅值的电压分别给信号调理模块，采集模块，mcu处理器，4g串口透传模块，gps时间同步模块及主控电路供电；大功率发射电源模块连接驱动电路和发射桥路，产生大电压信号，以提供大功率的发射能量。
进一步地，所述装置还包括：
gps时间同步模块，连接mcu处理器，为核磁采集站提供同步时间，保证多个采集站的采集同步进行；
wifi模块，连接mcu处理器，使装置在wifi无线网络环境中，通过wifi无线网络与智能终端进行数据传输；
以太网接口，连接mcu处理器，完成采集数据至智能终端的快速回传功能。
一种基于4g网络的多点远程操控核磁共振探测方法，该方法包括：
首先根据探测地形的实际情况和理论设计确定好各核磁采集站的摆放位置，然后在需要探测的地点摆放各个核磁采集站并连接好发射线圈、接收线圈，开机等待；
寻找操作安全舒适的地点，打开智能终端，在智能终端中手动设置好各个核磁共振采集站的放大倍数，发射电流等参数；
智能终端通过4g网络与各核磁采集站中的4g串口透传模块连接，将核磁共振仪器的主要参数发送给4g串口透传模块，通过4g网络与多个核磁采集站完成远程发送数据命令及回收数据；
4g串口透传模块与mcu处理器连接，将数据命令发送给mcu处理器，mcu处理器将命令解析后发送给主控电路；
主控电路解析并执行mcu处理器发送的指令，包括发射电流大小，程控增益放大倍数等，根据gps时间同步模块提供的同步时钟控制驱动电路和信号调理模块的运行起始时间，控制驱动电路开始发射电流，控制信号调理模块进而控制高压继电器的开启与关断，设置程控增益的放大倍数；
驱动电路接收主控电路发出的驱动信号，产生大功率驱动信号，送给发射桥路；
发射桥路接收大功率驱动信号送给发射线圈，发射线圈开始发射电流；
接收线圈接收利用核磁共振方法所能感应到的二次场信号，送给信号调理模块；
信号调理模块将接收线圈感应到的核磁共振信号进行一系列的放大滤波处理之后送给采集模块；
采集模块，与mcu处理器及信号调理模块连接，接收信号调理模块输出的信号，采集后传送给mcu处理器；
mcu处理器可将当前采集状态和运行情况及采集数据通过串口传给4g串口透传模块，再经过4g网络远程传输给智能终端。
进一步地，所述智能终端通过4g网络与多个核磁采集站完成远程发送数据命令及回收数据的过程包括：智能终端初始化，人工手动设置采集参数，然后智能终端向各核磁采集站发送命令数据，等待接收执行结果，如果没有执行完毕则继续等待，执行完毕后智能终端向各采集站发送接收数据命令，然后接收各采集站探测数据，检测是否接收完毕，如果没有接收完则继续接收，接收完毕后，智能终端检测数据并存储，之后结束本流程。
进一步地，所述核磁采集站采集信号的流程为：首先参数串口初始化，等待接收智能终端命令，当4g串口透传模块接收到命令后发送给mcu处理器，mcu处理器解析命令后发给主控电路设置驱动电路及信号调理电路参数，之后主控电路根据gps时间同步器控制驱动电路开始发射同时控制信号调理模块开始采集，检测采集数据是否完毕，如果没有则继续等待，完毕后向智能终端发送执行结果，之后等待智能终端命令，当命令到后则向智能终端发送采集到的探测数据，之后结束本流程。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明将智能终端设备加入了核磁共振探测装置中，基于4g网络通信技术，实现了一个智能终端控制多个核磁采集站的功能，扩展了核磁共振探测仪器的使用范围，缩短了探测同等地理面积的探测时间，加强了操作人员的工作安全系数。同时，本发明将发射系统和接收系统采用同一主控电路控制，减少了仪器的冗余电路，简化了仪器的结构，而且由主控电路控制高压继电器的开关可以减少接收线圈中的感应电压对接收信号的影响，由主控电路控制程控增益放大电路，准确的调节放大倍数，使得接收电路能采集到准确的核磁共振信号。
通过4g网络，智能终端可以发送相关指令到4g串口透传模块进而传送到mcu处理器，实现远程对核磁共振仪器进行开启、关断及采集参数的设置，同时可以实时查看当前工作状态，实现远程对核磁共振探测系统的操控和数据回收过程，这一发明能有效解决核磁共振野外探测操作艰难、施工效率低等问题，加强了在恶劣探测环境中施工的可能性，拓展了核磁共振仪器的应用范围。
附图说明
图1是多点远程操控的核磁共振探测系统示意图；
图2是本发明实施例中单个核磁采集站通过4g网络与智能终端通信的原理框图；
图3是电源供电模块框图；
图4是信号调理模块的结构框图；
图5是智能终端工作流程图；
图6是核磁采集站工作流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。
参见图1，基于4g网络的多点远程操控核磁共振探测系统主要包括智能终端，通过无线访问点连接到4g网络，4g网络再通过网络基站将4g网络数据包传输给多个核磁采集站，这样实现了智能终端通过4g网络与多个核磁采集站之间的数据传输过程，其中智能终端可包括智能手机和电脑等终端等。
参见图2，是单个核磁采集站与智能终端通信的原理框图，包括智能终端1，4g网络2，gps时间同步模块3，wifi模块4，4g串口透传模块5，以太网接口6，mcu处理器7，采集模块8，主控电路9，驱动电路10，信号调理模块11，发射桥路12，接收线圈13，电源供电模块14，发射线圈15几个结构模块。
智能终端1通过4g网络2与4g串口透传模块5之间进行数据通讯，完成远程发送数据命令的过程；4g串口透传模块5与mcu处理器7进行数据通讯，将智能终端1发送过来的指令送给mcu处理器7；mcu处理器7完成指令的解析过程，发送给主控电路9，同时mcu处理器7连接着wifi模块4，使系统在wifi无线网络环境中，可通过wifi无线网络进行数据传输，连接以太网接口6，可完成采集数据至上位机的快速回传功能。gps时间同步模块是提供同步时钟给mcu处理器7，mcu处理器7发命令给主控电路9，主控电路9接收到mcu处理器7的命令，控制驱动电路10开始发射，同时控制信号调理模块11采集。
参见图4所示，信号调理模块包括高压继电器、前置放大电路、宽带滤波电路以及程控增益放大电路，接收线圈直接连接高压继电器，主控电路控制高压继电器的开启和关断，信号调理模块将接收的信号送给前置放大电路进行信号放大再经过宽带滤波电路进行信号滤波，最后送给程控增益放大电路，同时主控电路连接程控增益放大器，通过对放大倍数的设置，使得采集模块采集到最理想的核磁共振信号。
主控电路同时连接信号调理模块11进而控制高压继电器的开启与关断消除了发射过程中，接收线圈所感应到的电压对信号的干扰，设置程控增益的放大倍数；驱动电路10接收到主控电路9发出的驱动信号后产生大功率驱动信号，送给发射桥路12，再传送给发射线圈15，当有驱动信号流过时候发射线圈15产生发射电流，之后接收线圈13利用核磁共振方法所能感应到的二次场信号，送给信号调理模块11，经信号调理模块11对信号进行一系列放大滤波处理后送给采集模块8再传送给mcu处理器7。mcu处理器7可将当前采集状态和运行情况传给4g串口透传模块5，再经过4g网络2远程传输给智能终端1。
参见图3所示，本实施例中电源供电模块14包括电池模块16、供电电源17、大功率发射电源18几个部分，其中电池模块16分出供电电源17和大功率发射电源18两种电源，供电电源17负责给信号调理模块11、主控电路9、采集模块8、mcu处理器7、gps时间同步模块3，wifi模块4，4g串口透传模块5等弱电电路供电，产生出所需要不同幅度的电压值，分别供给不同的模块，而大功率发射电源模块18则是产生大功率电源分别供给驱动电路10和发射桥路12，这样的强电和弱电电源分开设计，减少了强电对弱信号电路所产生的电磁干扰，引入了较小的噪声。
基于4g网络的多点远程操控核磁共振探测装置中智能终端工作流程图如附图5所示，首先智能终端初始化，然后人工手动设置采集参数，之后智能终端向各核磁采集站发送命令数据，等待接收执行结果，如果没有执行完毕则继续等待，执行完毕后智能终端向各采集站发送接收数据命令，然后接收各采集站探测数据，检测是否接收完毕，如果没有接收完则继续接收，接收完毕后，智能终端检测数据并存储，之后结束本流程。
各采集站工作流程如附图6所示，过程为：首先参数串口初始化，等待接收终端命令，当4g串口透传模块接收到命令后发送给mcu处理器，mcu处理器解析命令后发给主控电路设置驱动电路及信号调理电路参数，之后主控电路根据gps时间同步器控制驱动电路开始发射同时控制信号调理模块开始采集，检测采集数据是否完毕，如果没有则继续等待，完毕后向智能终端发送执行结果，之后等待智能终端命令，当命令到后则向智能终端发送采集到的探测数据，之后结束本流程。
本实施例中装置的工作方法为：
首先根据探测地形的实际情况和理论设计确定好各核磁采集站的摆放位置，然后在需要探测的地点摆放各个核磁采集站并连接好发射线圈、接收线圈，开机等待；
寻找操作安全舒适的地点，打开智能终端，在智能终端中手动设置好各个核磁共振采集站的放大倍数，发射电流等参数；
智能终端通过4g网络与各核磁采集站中的4g串口透传模块连接，将核磁共振仪器的主要参数发送给4g串口透传模块；
4g串口透传模块与mcu处理器连接，将数据命令发送给mcu处理器，mcu处理器将命令解析后发送给主控电路；
主控电路解析并执行mcu处理器发送的指令，包括发射电流大小，程控增益放大倍数等，根据gps时间同步模块提供的同步时钟控制驱动电路和信号调理模块的运行起始时间，控制驱动电路开始发射电流，控制信号调理模块进而控制高压继电器的开启与关断，设置程控增益的放大倍数；
驱动电路接收主控电路发出的驱动信号，产生大功率驱动信号，送给发射桥路；
发射桥路，接收大功率驱动信号送给发射线圈，发射线圈开始发射电流；
接收线圈，接收利用核磁共振方法所能感应到的二次场信号，送给信号调理模块。
信号调理模块，将接收线圈感应到的核磁共振信号进行一系列的放大滤波处理之后送给采集模块。
采集模块，与mcu处理器及信号调理模块连接，接收信号调理模块输出的信号，采集后传送给mcu处理器。
mcu处理器可将当前采集状态和运行情况及采集数据通过串口传给4g串口透传模块，再经过4g网络远程传输给智能终端。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。