基于Overhauser传感器的近地表UXO磁梯度法探测技术

实现对UXO的有效探测对保障战时己方人员安全与装备机动,以及战后人民生命财产安全和地区经济发展都具有重要的意义。目前,我国在UXO探测领域,方法理论研究方面,存在基础相对较薄弱、相关文献很少的问题;探测仪器方面,存在传感器灵敏度低(不能分辨小型航弹产生的微弱异常场)、信号提取手段落后的问题。针对这些问题,通过采用磁梯度探测方法、高精度Overhauser传感器来提高UXO探测灵敏度。首先,建立了适合航弹磁法探测的三度体的圆柱体模型,并对航弹的ΔT磁异常和垂直磁梯度异常进行了数值模拟和比较;然后,进行了背景磁场干扰和物理模型实验,验证了磁梯度法的可行性和优势;在此基础上,研究了动态核极化效应、自由基物质、Larmor信号的处理和抗干扰设计,并最终研制了基于动态核极化效应的Overhauser传感器及样机,在人工磁场发生空间中的测试结果表明其不确定度和国外主流传感器一致,均为0.3 nT。最后,在野外进行了对25 kg航弹的探测实验,测试结果表明其极限探测距离可以达到2.5 m,优于国产现役的探测器。     

Overhauser磁力仪探头激发频率测试仪研制

Overhauser磁力仪探头中自由基溶液激发频率的精度直接决定探头输出拉莫尔旋进信号的质量.为准确获得激发频率,本文设计了一种Overhauser磁力仪探头激发频率测试仪.针对目前测试设备存在的分辨率较低、操作复杂等问题,采用高分辨率DDS作为可控射频信号源;运用ADC同步采集技术,结合归一化数据处理方法有效解决50MHz~100MHz范围内幅频特性曲线不平坦的问题;采用射频功放、小信号放大作为辅助测量通道,实现仪器的标准、辅助测量一体化.通过对探头谐振腔的等效电路进行仿真,得到微调电容对探头谐振频率和品质因数的影响程度,并用商用探头进行测试,进一步验证仿真结果;同时得到自由基溶液的极化度与射频激发功率、激发时间的关系.最终实验结果表明,利用本文研制的Overhauser磁力仪探头激发频率测试仪,能够准确测量自由基溶液的激发频率、频率带宽以及品质因数,还可用于在磁力仪设计过程中对激发功率和激发时间的确定,为进一步设计Overhauser磁力仪奠定了基础.     

基于Overhauser效应的磁场梯度探测器

为提高单探头磁力仪在自然环境中的抗干扰能力,设计了一种基于Overhauser效应的双探头磁场梯度探测器。文中介绍了Overhauser效应的基本原理,对仪器的射频激发系统、信号调理系统和频率计做了详细的描述。论文分析了射频系统的不稳定因素,并给出解决方案。针对拉莫尔旋进信号,提出一种基于FPGA的多通道测频算法,并对比测试使用该算法前后的结果,分析了实验数据。同时对仪器双探头的数据一致性进行比对,给出了测试方法和测试结果。最后将该仪器和商用仪器进行室内、室外以及磁异常探测等对比试验,结果表明,其性能接近商用仪器水平,具有野外操作便捷、测量磁场精度高、抗干扰能力强等优点,证明了所研制的基于Overhauser效应的磁场梯度探测器在梯度测量中的有效性。