核磁共振超前探測儀低矩形系數(shù)濾波器設(shè)計

開題報告

核磁共振超前探測儀

低矩形系數(shù)(xìshù)濾波器設(shè)計 指導(dǎo)教師： 報告人： 學(xué)號： 專業(yè)：電力電子(diànzǐ)與電力傳動精品資料WWW.JLU.EDU.CN核磁共振超前探測儀低矩形系數(shù)(xìshù)濾波器設(shè)計研究目的意義及發(fā)展現(xiàn)狀1主要工作內(nèi)容及準(zhǔn)備工作2擬利用資源3時間安排4主要參考資料5精品資料WWW.JLU.EDU.CN研究(yánjiū)目的和意義及發(fā)展現(xiàn)狀突水災(zāi)害是隧道工程施工中的主要地質(zhì)災(zāi)害隧道前方含水地質(zhì)構(gòu)造的超前探測接觸式的鉆探(zuāntàn)方法（成本高、效率低、可能誘發(fā)水害）核磁共振技術(shù)（高效率、高分辨率、無需打鉆、體積效應(yīng) 小、探測距離大）

精品資料WWW.JLU.EDU.CN研究目的和意義(yìyì)及發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)入隧道必須縮減天線尺寸，目前核磁共振探測線圈(xiànquān)的直徑為2~6米,信號微弱隧道環(huán)境復(fù)雜，存在各種干擾，尤其是工頻干擾和其諧波的干擾十分嚴(yán)重

要提高核磁共振隧道探測信噪比，需要濾波器有更好地矩形系數(shù)，提高電路的選擇性。精品資料WWW.JLU.EDU.CN研究(yánjiū)目的和意義及發(fā)展現(xiàn)狀矩形系數(shù)描述了濾波器在截止頻率附近響應(yīng)曲線變化的陡峭(dǒuqiào)程度，它的值是20dB帶寬與3dB帶寬的比值。矩形系數(shù)是表征濾波器選擇性好壞的一個參量。理想的頻帶濾波器應(yīng)該對通頻帶內(nèi)的頻譜分量有同樣的放大能力，而對通頻帶以外的頻譜分量要完全抑制。所以理想的頻帶放大器的頻響曲線應(yīng)是矩形。但實際的頻響曲線與矩形有較大的差異。通常矩形系數(shù)是用Kv0.1來表示。Kv0.1=2△f0.1/（2△f0.7）精品資料主要工作(gōngzuò)內(nèi)容及準(zhǔn)備工作(gōngzuò)參差(cēncī)濾波放大

精品資料WWW.JLU.EDU.CN主要(zhǔyào)工作內(nèi)容及準(zhǔn)備工作參差濾波具有頻帶寬、矩形系數(shù)小的優(yōu)點,其特點是選擇(xuǎnzé)品質(zhì)因數(shù)Q值較高的回路分別調(diào)諧在上、下截止頻率附近,以增大幅頻特性曲線邊界的斜率;而Q值較低的回路調(diào)諧在中心頻率處(奇數(shù)參差)或中心頻率兩側(cè)(偶數(shù)參差),以確定電路的帶寬。總幅頻特性可以達(dá)到最大平坦,電路的選擇(xuǎnzé)性得到改善。在低頻RC帶通濾波器設(shè)計中應(yīng)用參差調(diào)諧放大器的理論與設(shè)計方法,同樣可以設(shè)計出頻帶寬、矩形系數(shù)小帶通濾波器。

精品資料WWW.JLU.EDU.CN主要(zhǔyào)工作內(nèi)容及準(zhǔn)備工作參差濾波(lǜbō)探測儀的濾波(lǜbō)要求是中心頻率為極低頻段，且1~2.6KHz可調(diào)，帶寬按照需要在80~100Hz可調(diào)，并且要將矩形系數(shù)降低到2.0以下，因此，雖然參差濾波(lǜbō)方式的想法借鑒于通訊工程的低矩形系數(shù)的參差調(diào)諧放大，但是卻由于應(yīng)用場合也導(dǎo)致了探測儀濾波(lǜbō)器的要求反而成為應(yīng)用這種濾波(lǜbō)方法的難點。

預(yù)期成果：中心頻率1~2.6KHz可調(diào)，帶寬80~100Hz可調(diào)，矩形系數(shù)降低至2.0以下（原3.4以上）精品資料WWW.JLU.EDU.CN主要工作(gōngzuò)內(nèi)容模擬仿真參差濾波器在極低頻段的工作(gōngzuò)效果，以及與原濾波器系統(tǒng)的性能比較，明確提升目標(biāo)，確定改善方案精品資料WWW.JLU.EDU.CN主要(zhǔyào)工作內(nèi)容工作過程：上位機(jī)輸入的相關(guān)信息，主要有中心頻率、帶寬、配諧電容和末級增益，上位機(jī)通過計算得到濾波器組參數(shù)，向下位機(jī)發(fā)送，下位機(jī)接到參數(shù)后設(shè)置窄帶濾波器組，末級增益，和配諧電容。因此，有三部分：上位機(jī)：VB（與原系統(tǒng)兼容）通訊：232-485下位機(jī)：控制部分，前級放大(fàngdà)，寬帶濾波，窄帶濾波，末級增益精品資料WWW.JLU.EDU.CN主要工作(gōngzuò)內(nèi)容室內(nèi)試驗：調(diào)試濾波系統(tǒng)，使之盡可能接近模擬仿真的效果(xiàoguǒ)檢測濾波系統(tǒng)一致性檢測濾波系統(tǒng)，并與原濾波系統(tǒng)對比，檢測提升效果(xiàoguǒ)檢測與探測系統(tǒng)的兼容性現(xiàn)場試驗：檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性檢測濾波系統(tǒng)實際工作效果(xiàoguǒ)，并與原探測系統(tǒng)工作效果(xiàoguǒ)進(jìn)行對比

精品資料WWW.JLU.EDU.CN前期(qiánqī)準(zhǔn)備工作查閱文獻(xiàn)資料學(xué)習(xí)核磁共振隧道探測儀明確濾波系統(tǒng)的工作原理，基本要求，實現(xiàn)方案；查找濾波系統(tǒng)方案關(guān)鍵(guānjiàn)芯片的技術(shù)資料，復(fù)習(xí)相關(guān)課程等；系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)軟件的準(zhǔn)備。

精品資料WWW.JLU.EDU.CN前期(qiánqī)準(zhǔn)備工作各單級帶通濾波器指標(biāo)中心頻率（KHz）增益（dB）帶寬（Hz）第一級2.679233.161958.6第二級2.679233.161958.6第三級2.656820.6079246.5第四級2.656820.6079246.5第五級2.634816.5404390.6第六級2.634816.5404390.6第七級2.612720.5817243.2第八級2.612720.5817243.2第九級2.592032.935358.2第十級2.592032.935358.2精品資料WWW.JLU.EDU.CN前期(qiánqī)準(zhǔn)備工作單級二階濾波器，四級二階濾波器，十級二階參差濾波器矩形系數(shù)(xìshù)對比圖

單級二階矩形系數(shù)：K0.1=BW0.1/BW0.7=9.987四級二階矩形系數(shù)：K0.1=BW0.1/BW0.7=3.739十級二階參差矩形系數(shù)：K0.1=BW0.1/BW0.7=1.713精品資料WWW.JLU.EDU.CN前期(qiánqī)準(zhǔn)備工作輸入信號幅值為20mV，中心頻率為2635HZ，從圖中可清楚看到，由于器件響應(yīng)存在時延，時延（圖中小箭頭）有8ms；經(jīng)過濾波后，信號波形(bōxínɡ)產(chǎn)生失真，濾波器在啟動狀態(tài)，濾波后的波形(bōxínɡ)在上升至峰值后仍與原始波形(bōxínɡ)有一定差距，當(dāng)?shù)竭_(dá)圖中藍(lán)色標(biāo)桿處時（圖中大箭頭），就與原信號波形(bōxínɡ)一致了，時間為不到30ms。頻譜圖可看出濾波前后中心頻率不變，由于參差濾波器的放大倍數(shù)較大，而原MRS信號很小，因此頻譜圖中幅值有所不同。儀器中切換以及消抖時間為35ms，經(jīng)過這段時間后才會開始采集，因此參差濾波器會有充裕的時間來響應(yīng)信號。精品資料WWW.JLU.EDU.CN前期(qiánqī)準(zhǔn)備工作硬件設(shè)計(shèjì)思路以STC89C系列單片機(jī)為控制核心MCU，控制濾波系統(tǒng)以及與上位機(jī)通訊。寬帶濾波為雙二次四階搭建實現(xiàn)窄帶采用開關(guān)電容濾波器利用DDS或CPLD作為窄帶濾波器時鐘頻率末級增益采用程控放大精品資料WWW.JLU.EDU.CN前期準(zhǔn)備(zhǔnbèi)工作軟件設(shè)計思路上位(shànɡwèi)機(jī)下位機(jī)

輸入?yún)?shù)

保存，計算并顯示

下載，傳輸給下位機(jī)

上位機(jī)刷新顯示

下位機(jī)設(shè)置后返回參數(shù)

開始

初始化

接收上位機(jī)數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

設(shè)置末級增益設(shè)置窄帶濾波器

設(shè)置窄帶濾波器時鐘源

返回并上傳數(shù)據(jù)

精品資料WWW.JLU.EDU.CN實驗(shíyàn)測試方法室內(nèi)測試：包括三部分測試，分別為一致性測試、對比測試（性能改善情況）、兼容性測試?，F(xiàn)場試驗：室內(nèi)測試通過后，與隧道探測系統(tǒng)結(jié)合(jiéhé)，進(jìn)行了現(xiàn)場試驗，從整體上檢測更新的硬件濾波系統(tǒng)對探測儀信噪比提升的實際效果。精品資料WWW.JLU.EDU.CN擬利用(lìyòng)資源核心(héxīn)器件:增強(qiáng)型STC系列、CPLD、DDS、SCF等實習(xí)場地：地質(zhì)宮114實驗室實習(xí)條件：計算機(jī)，網(wǎng)絡(luò)分析儀，信源，示波表和示波器，相應(yīng)的元器件與開發(fā)軟件等。實習(xí)時間：2014年5月到2015年5月精品資料WWW.JLU.EDU.CN時間(shíjiān)安排模擬仿真明確目標(biāo) 2014.5--2014.7具體方案設(shè)計和確定 2014.7--2014.9方案實現(xiàn)(shíxiàn)，調(diào)試 2014.9--2015.1實驗測試 2015.1--2015.3完善，提出新問題和建議 2015.3--2015.4撰寫論文和畢業(yè)答辯 2015.5精品資料WWW.JLU.EDU.CN主要(zhǔyào)參考資料1、《核磁共振找水儀原理與應(yīng)用》.林君段清明王應(yīng)吉. 科學(xué)出版社.20112、《SIGNALS&SYSTEMS》.ALANV.OPPENHEIM ALANS.WILLSKY