基于SQUID三轴磁强计求取高精度磁总场研究

根据航空超导全张量磁梯度系统中高精度磁总场需求,文中针对基于高灵敏低温超导量子干涉器件(LTS-SQUID)构建的三轴磁强计建立了校正模型,以校正其存在的零偏误差、比例因子误差与非正交误差。同时就SQUID重置后零偏偏大导致的算法寻优困难问题,提出零偏预校正方案,并在预校正基础上用自适应遗传算法对校正参数进行求解。此外,通过校正模型的正演研究了解了总场误差的分布情况,于反演仿真中,可将正演数据的总场误差校正至0.02 nT附近,其中预校正方案实现了零偏初步定位。在安静均匀地球磁场下进行了SQUID三轴求总场实验,将光泵磁力仪采集的数据视为理想总场。实验结果表明,经校正后的三轴实验数据合成的总场与光泵输出的标准差能达到0.2 nT量级以下。     

基于PI控制器的PMSM矢量控制

在结合三相永磁同步电机（PMSM）数学模型的基础上,通过基本数学模型的介绍和简单推导,结合Park变换和Park反变换的有关公式和相关仿真模型,对三相永磁同步电机的PI控制做出了简单的推导和改良,并最后展示了基于PI控制器的PMSM矢量控制的仿真建模。在改良的过程中,通过Matlab/Simulink平台搭建基 于 PI 调节器仿真模型,通过从“有功阻尼”概念入手,简化公式和仿真模型,并得到了有效的仿真数据,通过对相关仿真数据的分析讨论,证明达到了简化变量参数、时域动、稳态性能有所改善的目标。     

核磁共振发射波形质量评估及影响因素分析

核磁共振发射电流波形存在暂态响应和电流衰减,降低了发射波形质量,严重影响探测精度.结合国内外核磁共振找水仪发射机研制情况,给出了发射波形质量的评估参数,提出了针对核磁共振找水仪的暂态响应和电流衰减的数值计算方法,结合发射波形数值计算结果讨论了影响发射波形质量的仪器系统参数.基于吉林大学自主研制的核磁共振找水仪发射机的实测结果与计算推论一致.该发射波形质量评估及影响因素分析可为不同核磁共振找水仪发射机设计提供依据.     

基于GPS同步的新型低温超导磁力仪

针对地球物理勘探中高精度磁场测量以及远距离数据同步的需求,本文基于低温超导量子干涉仪和图形化系统开发平台构建了一种可通过GPS同步的新型磁力仪,并可采用简便的直读方式进行磁场测量.首先介绍了新型低温超导磁力仪的工作原理,并重点阐述了由其程控直读电路以及软硬件设计方案;然后在分析影响超导磁力仪数据同步因素的基础上,给出了GPS同步实现及其同步精度标定的方法;最后在良好的磁屏蔽环境中对超导磁力仪的性能以及电磁兼容进行了评估,并对影响其同步的相关因素进行了测试和标定,试验表明传感器的本底噪声约为6 fT/ Hz@1 kHz,数据同步精度可达1 ms,满足实用要求.     

地面核磁共振找水信号中的奇异干扰抑制

首先分析了地面核磁共振信号的特征和奇异噪声的来源与特点,提出了相应的消除方法并进行了仿真研究。通过基于叠加消噪的三种改进方法的仿真与对比,确定了差阈值替代叠加方法是对奇异噪声进行削弱与抑制的有效方法,对信号参数的提取精度高。经过大量的野外实验验证了针对奇异噪声处理方法的可行性与实用性,获得的高信噪比、低噪声的地面核磁共振信号为地面核磁共振反演提供了精确的参数。     

一种基于数字变频思想的电磁信号产生方法

针对频率域电磁法探测器需要形成多频电磁信号,提出一种新的电磁信号产生方法.参考数字变频的思想,由计算机模拟发射线圈电流并产生串行二进制数字代码流,控制开关桥路形成PWM电压,在发射线圈中形成电流信号,产生电磁波.该方法适应多种参数发射线圈,电磁信号频率成分可以灵活调整,电路效率可达90%.     

基于低温SQUID瞬变电磁系统的涡流补偿方法

为了避免瞬变电磁法TEM(Transient Electromagnetic Method)系统中的金属成分受发射场激发带来的涡流干扰,本文利用传输函数与发射场卷积获得系统涡流大小,并进行抵扣,以获得真实的地下响应信号。文中介绍了瞬变电磁法工作原理,描述了涡流形态及对SQUID接收信号的影响,同时建立了SQUID系统传输函数的测量装置,并对该传输函数的卷积效果进行了验证,确保卷积结果与实测结果一致。实验结果证明该涡流补偿方法可以应用于实际探矿工作中,提高了探测精准度。     

基于4倍频采样的数字正交FID信号检测技术

提出了基于4倍Lamor频率采样的数字正交锁相放大技术提取包络信号,该技术是根据开关型正交矢量锁定放大器的基本原理和三角函数的特征,通过4倍Lamor频率采样和数字叠加的方法,实现了信号正交与低通滤波功能.该数字正交方法较模拟正交法的优点是能够提高信号的信噪比,且电路设计简单.利用该法所设计的地面核磁共振找水仪采集系统在探寻地下水源中已得到验证与应用,在叠加次数仅为NUMIS系统1/2时,其信噪比至少提高0.5倍.该方法提高了仪器的工作效率和对信号参数的提取精度.     

适用于瞬变电磁勘探的低温超导磁传感器

低温超导量子干涉器件(SQUID)直接测量磁场,噪声低(fT,10-15T,量级)、带宽大、低频响应特性好,可提升瞬变电磁法(TEM)晚期接收信号质量,实现大深度探测。基于欠阻尼低温SQUID和单片读出技术构建了高性能低温SQUID传感器,研究了SQUID和读出电路的噪声匹配技术,传感器本底噪声水平7 fT/√Hz@1kH z,带宽2 MHz,摆率1.5 nT·μs-1。在长春市烧锅镇和上海市横沙岛分别开展了低温SQUID瞬变电磁系统与空心线圈瞬变电磁系统的对比验证,在烧锅镇,低温SQUID成功记录了80 ms衰减曲线(空心线圈20 ms),计算的视电阻率与已有地质资料一致。横沙岛实验中,SQUID衰减曲线可达300 ms(空心线圈:100 ms),进一步验证了SQUID对地球深部信息的探测能力。     

地面核磁共振找水仪放大器设计

根据水中氢核具有核子顺磁性且其磁矩不为零的特点,利用一个装置向地下发射一束具有拉莫尔频率的电磁波,激发地下水中氢核,从而形成宏观磁矩;撤除激发信号,接收该宏观磁矩在复原过程中形成的核磁共振信号(NMR),由其初始振幅、弛豫时间和初始相位等便可计算出地下水的相应信息.NMR具有信号弱频带宽的特点.设计的NMR放大器选择性好,检测弱信号能力强,可灵活智能化调整,已成功应用到NMR找水仪科研样机中,目前已可靠地测到了100 m深处的地下水.