简易噪声测量装置设计论文

1、.中文摘要水是人类赖以生存的最宝贵的自然资源。为了解决中国的水资源危机，利用高科技对地下水进行调查已成为当务之急。目前，唯一可以直接探测地下水的地球物理方法是地基核磁共振法（MRS）。然而，1kHz3kHz的环境电磁噪声对根据该方法开发的核磁共振水探测器影响很大。本文对环境中1 kHz3 kHz的电磁噪声进行了预先估计，为核磁共振验水仪现场实验的测点选择提供了依据。本设计采用1m X 1m多圈天线接收电磁噪声，通过弱信号放大器放大，平均检测后送至数据采集模块进行采集、处理和液晶显示，从而估算出电磁噪声。测量点的环境电磁噪声。该噪声测量装置已经通过大量的实验室和现场实验验证，验证了该装置可以有效

2、地评估电磁噪声的大小。关键词：地面核磁共振水搜索噪声测量弱信号放大器数据采集.国外总结简易噪声测量装置的标题设计摘 要水是人类赖以生存的最宝贵的自然资源。解决水资源危机 高技术调查地下水的当务之急。磁共振测深法（MRS）是唯一直接检测地下水的方法。但是1kHz到3kHz的环境电磁噪声对核磁共振水探测器的影响很大。本文对这种情况下环境中1kHz3kHz之前的电磁噪声进行了估算，为水体探测器现场MRS实验提供了测点选择的依据。本设计采用边长为1m的多匝环形天线接收电磁噪声，经微弱信号放大器放大后，通过平均值解调器，对信号记录进行采样。数据在 MCU 中处理，噪声结果显示在液晶显示器上，从而估计电磁

3、噪声环境。该装置可以根据大量的实验室和现场测试电磁噪声有效评估电磁噪声强度。关键词:磁共振探测噪声缓解弱信号放大器数据采集_目录 TOC o 1-2 h z u 1简介11.1本课题研究背景11.2本研究的目的和意义11.3本课题研究内容22简易噪声测量装置总体设计32.1整体电路框图32.2接收天线32.3弱信号放大42.4数据采集模块53弱信号放大模块的设计与实现63.1前置放大器63.2宽带滤波器73.3可编程开关电容滤波器103.4可编程增益放大器153.5跟随器和直流偏置，峰值检测164数据采集模块的设计与实现184.1控制单元184.2键盘单元194.3液晶显示单元194.3通讯单

4、元205测量装置软件设计215.1放大器模块软件设计215.2数据采集模块软件设计226简易噪声测量装置的总体实现和实验结果246.1简易噪声测量装置的总体设计与实现246.2室内试验结果246.3现场测试结果26结论28参考文献29到30附录A弱信号放大器增益 表31.1 简介1.1本课题研究背景水是人类赖以生存的最宝贵的自然资源之一。随着人类社会的进步、经济的发展和人口的增加，淡水的消耗量急剧增加，加之水资源的浪费和污染，使得淡水资源的需求越来越难以满足.世界上数十个国家严重缺水，23%的人口面临缺水问题。我国被列为世界上人均缺水的13个国家之一。尤其是西北、西南、华北、东北部分地区，缺水

5、情况更为严重。为了解决中国的水资源危机，利用高科技对地下水进行调查势在必行。核磁共振技术是当今世界的尖端技术。利用该技术找水是核磁共振技术的一个新应用领域，开创了应用地球物理方法直接找水的先河。与其他地球物理找水方法相比，核磁共振找水方法主要有以下优点：一是可以直接找水，尤其是淡水。二是信息丰富，具有量化的特点。三是经济、快捷。完成核磁共振剖面的成本仅为水文地质勘探钻孔成本的 110 倍，可快速提供井位和圈定探水区域。2006年9月，科技部确定“十一五”国家科技支撑计划重大项目“科学仪器设备的研究与开发”。其中，高校承担的“核磁共振测水仪研究与开发”已进入完善阶段。这项研究的成功打破了法国仪器

6、的垄断，使我国利用这项技术跃入了世界先进国家的行列。该仪器已在其他地方进行过探水试验，为在这些地区打井获取地下水提供了依据。核磁共振水检测仪需要检测nV级信号，极易受到电磁环境干扰。迫切需要一种能够检测测试场地环境电磁噪声的设备。检测用于确定该点是否可以用于核磁共振寻找水。1.2本研究的目的和意义电磁噪声是指明显不传递信息的时变电磁现象。它的频率、相位和幅度的变化是随机的、不规则的。无线电频段内的电磁噪声称为无线电噪声；由机电或其他人造装置产生的电磁现象称为人为噪声；源自自然现象的电磁噪声称为非人为噪声。各种电磁噪声的存在会干扰信号微弱的地质探测仪器，导致地质探测仪器运行不正常。核磁共振找水仪

7、是直接找水的方法，其信号微弱，容易受到外界电磁噪声的干扰。对于本文大学研制的核磁共振水检测仪，它对随机噪声有很好的消除效果，但是如果主要噪声在1kHz-3kHz频段，如果设计者在不知道这些的情况下选择测量点电磁噪声，由于噪声干扰，可能无法进行有效的水搜索实验，从而浪费大量时间。这时就需要噪声测试仪，提前估计环境中1kHz-3kHz的电磁噪声。基于以上需求，本文设计并实现了一个简单的可以估计环境中电磁噪声强度的装置，并使用该装置在不同的实验地点进行实验，为核磁共振工作点的选择提供参考。水探测器。1.3本课题研究内容本文的主要工作是设计一种能够为核磁共振水探测器实验点提供依据的噪声测量装置。全文共

8、七章，其结构和内容安排如下：第一章为绪论，主要介绍了本论文的研究背景、意义和主要研究内容。第二章介绍了简易噪声测量装置的总体结构，给出了装置的总体设计。第三章是微信号放大模块的总体设计与实现，详细介绍了其模拟部分和数字部分。第四章数据采集模块的设计与实现，介绍了采集数据、处理数据、显示数据和修改放大器模块设置的模块。第五章介绍了该测量装置的软件设计。第六章介绍了测量装置的总体实现和实验结果。.2 简易噪声测量装置的总体设计2.1整体电路框图系统整体要完成的功能主要包括电磁噪声信号的接收和放大、信号的滤波、信号幅度的测量和显示。整体电路框图如图2.1所示。设计可以分为三个部分。第一部分是接收环境

9、电磁噪声的天线设计，第二部分是弱信号放大模块的设计，第三部分是采集模块的设计。图 2.1 系统总体设计框图2.2 接收天线接收噪声天线的设计有两个要求： 1、携带方便。 2、可以感应到一定幅度的电压信号。基于这两个要求，经过实验测试，我们最终选择了50匝1m X 1m多匝漆包线绕制天线。天线参数为 L=10mH ， R=59 ohms。2.3弱信号放大弱信号放大器的设计主要有三个要求：一是低噪声，二是满足通带的稳定性，三是电平间的阻抗匹配。低噪声设计主要是在给定信号源的条件下，使放大器在信号工作频率附近的噪声最小。同时，为了获得良好的低噪声性能，还需要尽可能避免来自外部环境的各种干扰。因此，低

10、噪声放大器既要尽量减少外部噪声，又要很好地消除外部干扰。外部干扰不同于设备噪声，通常具有一定的规律和传播路径。可以采取适当的措施来抑制各种外部干扰。对于本文设计的放大器，根据核磁共振水探测器的要求和接收线圈的等效面积，信号在纳伏量级，满足AD采集的可靠信号应大于10 毫伏，因此放大器增益不应小于 100 dB 。在实验室使用时，电磁噪声信号很大，放大器增益应远小于100 dB 。它们之间存在很大差异，因此增益设计为两个齿轮，并且被设计为可编程的。每一档都是本着各级功放输出不饱和的原则，增益尽可能大。本文放大器需要测量纳伏级别的微弱信号，但接收天线为50匝1m1m的多匝天线，干扰非常大。因此，需

11、要设计一个宽带滤波器来粗略滤除不需要的干扰信号。这个宽带滤波器通过到停止的过渡区域的陡度应该尽可能的大。其主要应用效果是抑制工频50Hz及其二次谐波对手机、电视台、广播电台等通信设备发射的电磁波的干扰。滤波器只能滤除从信号线引入的干扰，而从空间辐射出来的电磁波干扰也需要加上严格的屏蔽措施和适当的接地措施。并且需要仔细设计各个级别之间的阻抗匹配。通过以上分析，放大器设计的基本要求是：1、增益为两档：高增益档可在150之间调节，低增益档可在4500-50000之间调节。2、宽带滤波器的高频截止频率为4.5kHz，低频截止频率为1kHz。滤波器通带到阻带过渡区的陡度应尽可能大，通带应稳定；3、选频滤

12、波部分要求中心频率可变，带宽和通带增益均可程控；4、整体抗干扰能力强，噪音低，系统稳定。弱信号放大器的整体电路框图见图2.1。它分为四个阶段。电源部分由开关电源产生，采用数字系统控制MAX260。本文弱信号放大器由前置放大器、宽带滤波器、开关电容窄带选频放大器和末级可编程放大器组成。它通过分级抑制无用信号，并有效放大所需信号。整个放大器放置在金属屏蔽盒中。 .电磁噪声通过接收线圈进入弱信号放大器，经低噪声前置放大器放大后输入宽带滤波器。抑制工频50Hz及其二次谐波的干扰，对手机、电视台、广播电台等通讯设备发射的电磁波进行干扰。然后输入到开关电容窄带选频滤波器。选频滤波器由两颗MAX260开关电

13、容滤波芯片组成，DDS芯片用于为MAX260提供时钟。通过单片机程序控制，可以灵活调节中心频率、带宽、增益等，增加放大器的灵活性。选频滤波器的输出信号经过程控制增益放大电路放大后输出。整个放大器系统通过屏蔽、阻抗匹配和电源滤波等方式抑制来自接收线圈外部的外部电磁噪声。2.4数据采集模块为便于现场携带，选用单片机系统控制的数据采集模块，通过单片机对数据进行采集、处理和显示。由于单片机的数据处理能力有限，本文需要选择一种能够轻松估计噪声情况的信号测量方案。基于此要求，本文采用均值检波器，检波电路输出的直流电压与输入交流电压绝对值的平均值成正比，通过测量平均值可以估算出当前的电磁噪声强度检测后的直流

14、电压。采集模块采集0-3.5V范围内的信号幅度。考虑到采样精度，需要选择采样数不少于10位的AD，考虑到对控制器的工作速度要求不高，可以节省成本和空间。在以上基础上，选择具有AD功能的控制器。该模块需要人手动输入一些数据并控制显示数据处理结果，所以增加了键盘输入单元和液晶显示单元。并可通过串口与弱信号放大器进行通讯。.3 弱信号放大模块的设计与实现3.1 前置放大器为了检测微弱信号，必须使用放大器来放大它们。放大器本身产生的噪声进一步污染了信噪比相对较低的微弱信号。因此，尽量减少放大器本身的噪声是防止信号放大过程中信噪比恶化的首要考虑因素。这样，前置放大器就非常重要，因为它产生的噪声会通过后续

15、放大器的放大出现在检测电路的输出端。3.1.1前级芯片163介绍INA163 是一款低噪声、低失真单片集成电路仪表放大器。它的电流反馈电路可以实现非常宽的带宽和非常好的动态响应。放大倍数可以通过外部电阻设置。图 3.1 显示了 INA163 的部分结构。图3.1 INA163 部分结构 图3.2前置放大器原理框图3.1.2 前置放大器硬件电路前置放大器的示意图如图 3.2 所示。图中的核心器件是INA163，它具有低噪声性能和简单的电路。图中P2为输入端，分别接在线圈两端。 R11 和 R12 为输入端提供偏置电阻。这两个电阻至关重要，直接决定前置放大器的输出噪声。实际设定值为2K、2K。 R

16、1和R2是设置放大倍数的电阻，阻值为2K和33欧，应用公式（其中： R G是设置倍率的电阻， G是倍率。），计算的放大倍数为 4 倍和 182.8 倍。放大器的高低增益档位控制可以通过选择R1和R2来实现。3.2宽带滤波器3.2.1电路设计及原理分析本文设计的带通滤波器是由高通和低通组成的带通滤波器。1. 高通滤波器的设计高通滤波器的电路图如图3.3所示。图3.3二阶高通滤波器电路图使用 KCL 列写节点方程，我们得到：高通滤波器的标准形式是：比较两个公式：2. 低通滤波器的设计低通滤波器的电路图如图3.4所示。图3.4低通滤波器电路图设计中，R2=R30, C49=C50, R4=(A VF

17、 -1) R7，其中 A VF是低通滤波器的通带电压增益。根据这些条件，用KCL列写出节点方程：前面介绍的低通滤波器的标准公式是比较两者根据前面的设计要求，增益为20倍，计算电路中的实际参数为图中标注的数值。3.2.2 测试结果MS4360网络分析仪用于测试双二阶滤波器（包括前置放大器，置于高增益档位）的传输特性。结果如图 3.5 所示。图 3.5 网络分析仪测试结果通带增益为71dB，前置放大器设定的增益值为182.8倍，换算成45.2dB的增益，去掉前置放大器的放大系数后，通带增益为25.8dB。低频截止频率为1050Hz，高频截止频率为4500Hz，满足设计要求。3.3 可编程开关电容滤

18、波器待检测信号的频率范围为1kHz3kHz，并增加程控选频放大单元，改变中心频率，提高检测信噪比。开关电容滤波器主要可分为以下几个部分：由单片机组成的模块控制中心，负责与数据采集模块进行通信，控制DDS和开关电容滤波器产生不同的设置。开关电容滤波器采用一共两个MAX260 4级2级滤波，在每级滤波中间加了一个阻抗匹配网络来控制增益，保证放大器不出现饱和。 DDS部分由AD9850组成，用于产生不同频率的时钟信号提供给MAX260，可以使MAX260产生不同中心频率的带通滤波特性。3.3.1开关电容滤波器MAX260的特点开关滤波器选用可编程可编程开关滤波器MAX260，编程简单，外围器件少，可

19、靠性高。 MAX262芯片是Maxim推出的双二阶通用开关电容有源滤波器，可通过微处理器精确控制滤波器的传递函数（包括设置中心频率、品质因数和工作模式） 。采用CMOS工艺制造，无需外接元件即可组成各种带通、低通、高通、陷波和全通滤波器。图 3.6 MAX260 结构框图图 3.6 显示了MAX26 0的结构。MAX260由2个二阶滤波器（A和B部分） 、 2 个可编程ROM和逻辑接口组成。每个滤波器部分包含2 个级联积分器和1 个加法器。该电路的主要特点是： 配备滤波器设计软件，可提高滤波特性，带微处理器接口；可控制64种不同的中心频率f 0 、 128种不同的品质因数Q和4种工作模式；中心

20、频率f 0和品质因数Q可独立编程；时钟频率与中心频率之比（ f clk f 0 ）可达1%（ A级）； 中心频率f 0约为75 kHz 。3.3.2 基于MAX260的可编程开关滤波器开关电容滤波器的框图如图3.7所示：图3.7 开关电容滤波器MAX260电路设计示意图开关电容滤波器采用两片MAX260，共4级2级滤波。由于设定的带宽约为 100Hz，因此 Q 值非常高。需要在每级滤波中间加一个阻抗匹配网络来控制增益，保证放大器不会出现饱和。正在发生。为了降低电源噪声对电路的影响，对电源进行滤波后给MAX260供电。3.3.2.1滤波器时钟源的产生和控制滤波器时钟源产生与控制电路如图3.8所示

21、。单片机采用串行方式设置AD9850，主要设置40bit的频率控制字，产生所需频率的时钟信号。输出信号由74HC04整形，为MAX260提供振荡信号。通讯传输协议采用232模式，以微弱信号放大器作为下位机与上位机采集模块进行通讯。图3.8 MCU 控制和 DDS 电路3.3.2.2 RC衰减匹配网络为了实现很窄的带宽，需要很高的Q值，并且需要级联两个MAX260，可能会导致放大器饱和。为了防止饱和，在滤波器每一级的输出端都加了一个衰减网络，以提供一定的衰减。提供一定的滤波效果，滤除开关电容滤波器产生的部分噪声。电路如图3.9所示。衰减网络的模拟传输特性如图3.10所示。图 3.9 开关电容滤波

22、器级联电阻衰减网络图 3.10 RC 衰减网络的传输特性3.3.3测试结果1、改变滤波器的中心频率，整形后的DDS波形如下图：(a) =1000Hz (b) =1750Hz(c) =2326Hz (d) =3000Hz图 3.11 改变滤波器中心频率 DDS 输出频率测试结果改变滤波器的中心频率，DDS输出频率随之变化，证明滤波器的中心频率随着滤波器输入频率的变化而变化，与设计一致。2.改变中心频率开关电容滤波器传输特性网络分析仪测试结果：(a) =1000Hz (b) =1750Hz(c) =2326Hz (d) =3000Hz图 3.12 改变中心频率开关电容滤波器传输特性的网络分析仪测试

23、结果从测试结果可以得出结论，当滤波器中心频率设置增加时，带宽也相应增加，但在一定范围内，满足整个设计要求。3.4可编程增益放大器图 3.13 可编程放大器电路图3.13 显示了程控增益放大器的设计电路。使用芯片LTC1564，倍率G的设置范围为1-16，可由数据采集模块的上位机设置。更改传递特性测试（包括开关电容滤波器）的可编程增益放大器设置，如图 3.14 所示。实现了程控放大的基本功能。(a) G = 1 (b) G = 2(c) G = 6 (d) G = 9图 3.14 改变可编程增益放大器设置时的传输特性测试3.5跟随器和直流偏置，峰值检测对放大滤波后的信号加1.62V直流偏压，使输

24、出信号为正值，再经过跟随器降低输出阻抗，减少对后续电路的影响。电路如图3.15所示。平均值检测器用于检测通过跟随器后的电压。本文采用半波检测。检测电路输出的直流电压与输入交流电压绝对值的平均值成正比，如图3.16(a)所示为一个简单的二极管阻容检测电路，电路仿真结果如图3.16所示(b) 。图 3.15 直流偏置和跟随器电路设计(a) 电路原理图(b) EWB 仿真结果图 3.16 峰值检测电路.4 数据采集模块的设计与实现数据采集模块的电路设计图如图4.1所示。包括控制器及其外围电路和各种接口。外围电路包括复位电路和外接晶振电路，接口包括下载接口(P7)、电源接口、串行通讯接口、AD输入接口

25、、键盘接口和液晶显示接口。图 4.1 MCU 硬件电路设计4.1 控制单元采用宏晶科技推出的STC12C5410AD系列单片机STC12C5408AD作为数据采集模块的主芯片。 STC12C5408AD是宏晶科技生产的单时钟机器周期（1T）单片机。指令代码与传统8051完全兼容，但速度快8-12倍，部分集成了MAX810专用复位电路。 4路PWM，8路高速10位AD转换，可用于强干扰情况。4.2 键盘单元在典型的单片机系统中，都有人机对话的功能。包括应用系统的状态干预和数据输入，应用系统向人报告操作状态和操作结果。人机对话的配置水平和规模与应用系统的规模和特点有关。在系统中进行人工干预和数据输

26、入最常用的外部设备是键盘，键盘具有用于系统状态的干预启用键和用于向系统输入数据的数字键。由于单片机系统的特殊性，不同类型的系统输入设备会有很大差异。在设计系统时，需要根据系统的特点设计适合需要的输入设备类型。本文数据采集控制器一共需要14个按键，采用矩阵连接的非编码式结构键盘，即4X4键盘，一共16个按键。如图 4.1 所示，P2 口为键盘接口，R2、R3、R4、R5 为限流电阻，防止按键时单片机 IO 口被过大电流损坏。 16个按键中，包括：0-9 10个数字键、修改程控放大器增益键（ G ）、确认键（ Enter ）、修改中心频率键（ f 0 ）、测量键（ M ）。键盘程序的作用是准确读取

27、被按下键的键值。这里影响键值读取的主要因素是刚按下键时会有抖动，这里要考虑去抖动的问题。在实际应用中，有两种方法可以用来消除抖动的影响。一是彻底消除抖动现象，使其不会发生，这可以通过硬件电路来实现。另一种是使用软件的方法来避免抖动对读取键值的影响，即采用延时的方法，抖动后再读取键值。在本文中，出于成本原因，使用一种软件方法来消除抖动的影响。4.3 液晶显示单元在数据采集模块控制系统中，由于显示的内容比较少。此外，可以不使用汉字而使用简单的显示模块。考虑到这些因素，系统在设计时采用常用的1602作为液晶显示模块。 SMC1602的显示容量为16X2字符，字符尺寸为2.95X4.35（WXH）mm

28、。显示容量是有限的，但对于这个系统来说已经足够了。SMC1602的基本操作分为4个步骤：读状态、写命令、读数据、写数据。控制器每次读写操作前，必须进行读写检测，确保STA7为0。控制器可管理80B的显示RAM。 1602液晶模组的字符生成存储器（CGROM）存储了160个不同的点阵字符图形。这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用符号、日文假名等。每个字符都有一个固定的编码，如大写英文字母“A”编码为01000001B（41H），当模块显示地址41H的点阵字符图形，我们可以看到字母“A” 。SMC1602有11条指令，大部分都有参数，参数值由用户根据被控液晶模块的特性和显示要求设置。如图

29、 4.1 所示，P3 口为 LCD 接口，LCD 实际画面如图 4.2 所示。图片开头显示当前中心频率，后面显示测量值。图 4.2 LCD 1602 图片4.3 通讯单元_P4为串口232通讯接口，该接口与微弱信号放大通讯接口相连，数据采集模块可以通过软件程序控制与放大模块通讯。.5、测量装置的软件设计5.1 功放模块软件设计系统以MCS51系列单片机为控制中心，主要控制DDS产生MAX260时钟信号源，对MAX260的控制字进行编程，改变可控增益放大器LTC1564的放大倍数。程序流程图如图 5.1 所示。程序上电后，对AD9850和MAX260进行初始化设置。初始化设置的默认参数为AD98

30、50频率：230000Hz，MAX260中心频率：2300Hz，Q：11.3，工作模式：模式2。LTC1564默认为1x。图 5.1 放大器模块软件流程图5.2 数据采集模块软件设计图 5.2 数据采集模块软件流程图系统选用STC12C54系列单片机作为控制中心，主要控制AD采集数据，处理数据，致到液晶显示器，获取键盘设置，致到功放模块进行设置.程序上电后，初始化各个模块，然后扫描键盘，根据键盘的输入值执行不同的功能。.图 6 简易噪声测量装置的总体实现与实验结果6.1 简易噪声测量装置的总体设计与实现连接接收天线、微弱信号放大模块和数据采集模块进行整体调试。整体硬件如图 6.1 所示。两节1

31、2V电池串联供电。金属盒中的微弱信号放大器和黑盒中的数据采集模块被一个50圈1m X 1m的环形天线包围。图 6.1 整体硬件电路6.2 腔室测试结果房间内的电磁噪声信号比较大，所以放大器放大倍数选择到低增益档位，同时改变可编程增益放大器的放大倍数，使得到的结果在合适的范围内，改变中心频率来测试一系列结果电压值，下面给出中心频率为1000Hz、2326Hz、3000Hz时的测试结果。(a)示波器测试波形 (b) LCD 显示结果图 6.2 = 1000 Hz，G=6 房间测试结果(a) 示波器测试波形 (b) LCD 显示结果图 6.3 = 2326 Hz，G=1 房间测试结果(a) 示波器测

32、试波形 (b) LCD 显示结果图 6.4 = 3000 Hz，G=6 房间测试结果根据装置的整体设计方案，计算输入电压信号有效值的公式为，其中为峰值，为实测直流电压值， U s为直流偏移量，为 1503 mV ，为总增益，是输入信号的有效值。根据附录1的增益查表：当G=1、G=6时，前置放大器的总增益分别为3728和17389，当f 0 =1000 Hz、 f 0 =2326 Hz、 f 0 =3000 Hz 放大器输入端噪声信号的 rms 值分别为 3747 nV 、31876 nV和 43365 nV 。可以看出，在房间内，1000Hz 频率的信号小于 2326Hz 和 3000Hz 频

33、率的信号。6.3 现场测试结果现场电磁噪声信号较小，因此放大器的放大倍数选择到低增益档位，同时改变可编程增益放大器的放大倍数，使得到的结果处于合适的范围，并改变中心频率来测试一系列结果电压值，下面给出中心频率为1000Hz、2326Hz和3000Hz时的测试结果。(a) 示波器测试波形 (b) LCD 显示结果图 6.5 =1000 Hz，G=8 时的现场测试结果(a) 示波器测试波形 (b) LCD 显示结果图 6.6 =2326 Hz，G=4 时的现场测试结果(a) 示波器测试波形 (b) LCD 显示结果图 6.7 =3000 Hz，G=1 时的现场测试结果根据附录1中的增益，计算输出到

34、放大器输入端的结果值，查表：当G=1、G=4、G=8时，前低增益总增益分别为169604、644095和1320718， f 0 =1000 Hz， f 0 =2326 Hz， f 0 =3000 Hz，放大器输入端的噪声信号强度分别为33nv、1310nv和2029nv。由此可见，在现场，1000 Hz 频率信号远小于 2326 Hz 和 3000 Hz 频率信号。对比室内和现场实验，在相同频率下，室内噪声强度比现场高100倍以上。野外实验场地是核磁共振测水仪，可以找到测水点。因此，可以作为标准，在核磁共振测量点提前进行测量，并比较本实验的结果。如果测点噪声信号的实测值小于标准如果测点噪声信

35、号的实测值远大于标准值，则不能进行寻水实验。如果测点噪声信号的实测值略大于标准值，可以尝试进行实验。最后，找出可以进行寻水实验的临界值。而且，从测量结果可知，该腔室无法进行寻水实验，符合实际情况。.综上所述水是人类赖以生存的最宝贵的自然资源。为解决中国的水资源危机，采用核磁共振法（RMS）精确寻找水深达400米。然而，1kHz3kHz的环境电磁噪声对根据该方法开发的核磁共振水探测器影响很大。针对这种情况，本文制作了一种简易的核磁探水器噪声测量装置，可以提前估算环境中1kHz3kHz的电磁噪声，为核磁探水器的现场施工提供参考。测量装置主要由接收天线、微弱信号放大器、数据采集模块等部分组成。在完成

36、仪器设计制造的基础上，进行了大量的实验。为核磁共振测水仪现场实验确定测点提供依据。进一步改进的建议：1、校准接收天线，得到接收天线对信号的放大系数。2、放大器输入端电压信号的rms值由单片机计算处理得到。3. 由试验得到的值计算出的磁感应强度B。.参考1 康华光.电子技术基础 - 模拟部分：高等教育， 1999.6康华光。电子技术基础一些模拟，北京：高等教育出版社，1999.62 马忠梅. C语言单片机应用设计。航空航天大学, 2003.11马中梅。单片机 C 语言应用程序设计。北京航空航天大学出版社, 2003.113 何乔，段庆明，邱春玲单片机原理与应用。中国铁路, 2006何乔、段庆明、

37、邱春玲。单片机理论与应用。中国铁道出版社, 20064，昌达，地基核磁共振找水理论与方法，中国地质大学，20005 恩新，电磁场与波，交通大学，1999，P50-P1306 简文健，天线理论，电子工业，2002，P30，P1207 曾庆勇，弱信号监测，大学，19948 折盛林，原子物理，高等教育，1979 9 Abstract.aspx?A=jcdzgc200506039 11 搜索pdf下载.asp?id=7805-7905 12 搜索pdf下载.asp?id=620 13 搜索pdf下载.asp?id=78151 4 搜索pdfdownload.asp?id=72021 5 searchp

38、dfdownload.asp?id=6281281 6 searchpdfdownload.asp?id=75176.至本论文是在导师段庆明先生的悉心指导下完成的。在写论文的过程中，段老师不仅给了我全面的技术指导，还帮我们采购材料，寻找紧缺的电子元器件，费了很大的力气。在为期三个月的毕业设计中，段老师给我的不仅是渊博的学识，更是对他严谨的学术作风、卓越的科研和工作态度、敢于创新的精神更加钦佩。在此，向段先生表示最诚挚的敬意和感谢！在项目的过程中，我得到了老师、兄弟姐妹的帮助。在此感谢王英吉老师和舒勤老师对我研究工作的帮助和支持；王中兴弟兄和尚新磊弟兄在项目开发中给予了帮助；实验室的寒北弟兄、田

39、玉娟姊妹、晓明弟兄、贾晓晨弟兄，是他们的关心和支持，是他们的帮助，让我走的很顺利。很高兴完成毕业设计。我感谢我的父亲和母亲，感谢他们无私的爱和对这份文件的无尽支持。最后，感谢所有帮助和理解我的人。.附录 A弱信号放大器增益表表格1项目获得降低前增益（分贝）之前高增益（分贝）带通滤波器增益（分贝）切换过滤器增益（分贝）获得12.0445.225.833.6表 2G12345678增益（分贝）05.99.111.613.414.916.617.8G910111213141516增益（分贝）18.419.620.421.121.522.523.123.6表3可编程放大器倍数G（次）前置放大器低增益总

40、增益 (dB)前置放大器低增益总增益（次）前置放大器高增益总增益 (dB)前置放大器高增益总增益（倍）171.433728104.59169604277.377389110.53336171380.5210620113.68483209483.02141561168117389117.97791198686.3620789119.52945878788.0525276121.211150006889.2629028122.421320718989.8431053123.001412879可编程放大器倍数G（次）前置放大器低增益总增益 (dB)前置放大器低增益总增益（次

41、）前置放大器高增益总增益 (dB)前置放大器高增益总增益（倍）1091.0035478124.1616141911191.8439084125.0017782791292.4942104125.6519156671392.9644450126.1220224371493.9349720127.0922622211594.5053062127.6624142381695.0656624128.222576321.英文原文：用核磁共振成像地下水玛丽安赫特里希地表核磁共振（SNMR）方法是一种相对较新的地球物理技术，它利用核磁共振现象以非侵入方式定量测定地下水资源中的水分子等质子的地下分布。瓦里安首

42、先提出了在地球磁场中使用核磁共振技术来推导地下水含量的想法。直到 1970 年代后期，一群俄罗斯科学家才接受了这个想法，并在 1980 年代开发了第一个现场可用的表面核磁共振设备原型。它首次内容在地球相当深处记录来自地下水的核磁共振信号。俄罗斯 Hydroscope 设备的大量现场应用促进了大约十年的持续技术发展。他们得到了一些关于表面核磁共振数据建模、反演和处理的研究的支持。 1996年Iris Instruments（法国）推出第一台商用设备后，表面核磁共振为西方科学家所熟知。世界范围内一些团体积极开展表面核磁共振的基础研究和应用。在过去的十年中，定期国际研讨会（Berlin1999、Or

43、leans 2003、Madrid 2006）报告了持续的进展和经验，随后出版了专门针对表面 NMR 的同行评审期刊的特刊。进行了表面核磁共振测量的持续技术发展，最近，有两套新的表面核磁共振成套产品上市。新系统将可用的技术可能性扩展到改进的噪声缓解方案和多通道记录。对 Weichman 等人提出的基本方程的修订触发了表面核磁共振发展的重大进展。改进的公式内容正确计算导电地面上测量的复值信号，以及使用分离的发射器和接收器环路计算表面 NMR 信号。 Hertrich 及其同事详细研究的后一个特征表明，沿剖面在多个偏移处进行的一系列测量提供了足够的灵敏度以内容层析成像反演。开发了一种快速有效的层析

44、反演方案，可通过一系列表面测量提供二维地下结构的正确成像。各种地球物理技术，如地电学、电磁学、地质雷达和地震，通常用于结构测绘，以了解地下的实际含水量分布。近地表含水层是全球饮用水的主要来源。此外，在持续的气候变化中，这些含水层可能会受到文化污染、管理不善和自然退缩的严重影响。但在许多其他环境问题中，地下水也起着关键作用。例子是不稳定的永久冻土和渐进的全球变暖或冰川和冰盖的动力学。对于这些问题，表面核磁共振可以提供地下含水量分布成像和地下水动态监测的基本信息。创新的 NMR 应用（例如光谱学、医学成像、非破坏性材料测试）在大多数情况下，自旋磁化的激发是由均匀的二次磁场感应和记录的，因此记录的信

45、号幅度可以通过已知自旋密度的样本和可以设计实验，以便获得完美控制的翻转角度。相比之下，在表面核磁共振中，这些要求都不能满足，记录信号的幅度 - 均匀场和由此产生的任意翻转角。因此，在这篇评论文章中，给出了表面核磁共振信号的综合推导，并提出了一维和二维条件下问题的公式。需要最先进的反演技术从测量的现场数据中推导出地下含水量分布模型 需要最先进的反演技术，并应用对给定模型可靠性的适当估计。观察到的 NMR 弛豫时间通常可以通过它们对孔隙空间几何形状的依赖性来提供有关含水层特性的额外信息，但与传统的实验室 NMR 技术相比，它们的确定和解释在一定程度上受到限制。简要介绍了确定弛豫时间的可能方案和表面核磁共振研究的未来方向。由于测量的表面核磁共振信号基本上取决于地球磁场的局部设置和地下电阻率