本發(fā)明涉及一種微弱信號(hào)檢測裝置，尤其是一種應(yīng)用于核磁共振探測地下水系統(tǒng)中具有增益自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的磁共振探水信號(hào)檢測裝置和檢測方法。

背景技術(shù)：

核磁共振探測地下水技術(shù)是當(dāng)今能夠直接且無損地探測地下水的地球物理方法。由于核磁共振信號(hào)微弱，且環(huán)境噪聲幅度大和突變特性，易導(dǎo)致信號(hào)檢測放大模塊飽和。

cn105785458公開的“地面磁共振信號(hào)放大電路的抗飽和裝置及抗飽和方法”利用上一次工作采集信號(hào)的最大值設(shè)置下一次工作時(shí)的放大倍數(shù)，雖然該方法可以在一定程度上滿足工作要求，但不具有實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的功能，而在一次工作過程中，尤其是在一些噪聲突變特別嚴(yán)重的環(huán)境下，仍會(huì)有放大器飽和現(xiàn)象發(fā)生。

cn105974343公開的“具有增益自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的地面磁共振信號(hào)檢測裝置及檢測方法”通過預(yù)采樣實(shí)時(shí)判斷輸入信號(hào)的大小，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)增益防止放大器飽和現(xiàn)象的出現(xiàn)，該方法在復(fù)雜環(huán)境下也能滿足系統(tǒng)有效工作的要求，但由于采用adc模塊作為預(yù)采樣難以實(shí)現(xiàn)增益的快速調(diào)節(jié)，且該系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍有限，在噪聲幅度變化特別大的情況下，依然存在調(diào)節(jié)速度慢、動(dòng)態(tài)范圍小的局限。

因此，為了提高增益調(diào)節(jié)速度和檢測放大模塊的動(dòng)態(tài)范圍，設(shè)計(jì)一種具有高動(dòng)態(tài)范圍和增益自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的微弱信號(hào)檢測裝置具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于瞬時(shí)浮點(diǎn)放大技術(shù)的磁共振探水信號(hào)檢測裝置和檢測方法；

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

瞬時(shí)浮點(diǎn)放大磁共振探水信號(hào)檢測裝置，是由前置放大電路1經(jīng)窄帶濾波電路2、二級(jí)放大電路3和高速程控放大電路5與a/d轉(zhuǎn)換電路9連接，窄帶濾波電路2經(jīng)模擬開關(guān)4、取包絡(luò)電路6、比較電路7和主控電路8與高速程控放大電路5連接，模擬開關(guān)4經(jīng)主控電路8與a/d轉(zhuǎn)換電路9連接，a/d轉(zhuǎn)換電路9經(jīng)pc10和主控電路8與模擬開關(guān)4連接，二級(jí)放大電路3與模擬開關(guān)4連接構(gòu)成。

瞬時(shí)浮點(diǎn)放大磁共振探水信號(hào)檢測裝置的檢測方法，包括以下步驟：

a、瞬時(shí)浮點(diǎn)放大磁共振探水信號(hào)檢測裝置初始化：把接收線圈連接到前置放大電路1上，系統(tǒng)上電后，模擬開關(guān)4默認(rèn)斷開，二級(jí)放大電路3的有效放大倍數(shù)是10倍；

b、二級(jí)放大電路3的輸出電壓判斷：主控電路8檢測二級(jí)放大電路3的輸出電壓值是否大于1v，若大于1v，主控電路8控制模擬開關(guān)4閉合，二級(jí)放大電路3短路；否則，維持模擬開關(guān)4斷開；

c、獲取包絡(luò)信號(hào)及比較輸出：檢測裝置完成a、b兩步驟后開始磁共振信號(hào)的檢測，取包絡(luò)電路6的輸入信號(hào)，得到該信號(hào)的包絡(luò)，通過比較電路7與預(yù)設(shè)值比較輸出；

d、調(diào)節(jié)程控增益：比較的結(jié)果作為高速程控放大電路5的增益調(diào)節(jié)指令，按固定頻率調(diào)節(jié)增益，在保證放大器不飽和的同時(shí)盡可能地提高放大器增益；

e、觸發(fā)a/d轉(zhuǎn)換：調(diào)節(jié)增益完成之后，主控電路8輸出一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，控制a/d轉(zhuǎn)換電路9完成一次模數(shù)轉(zhuǎn)換；

f、重復(fù)c到e步驟，直至信號(hào)檢測結(jié)束；

g、信號(hào)歸一化處理：信號(hào)采集結(jié)束后，主控電路8將每一次的增益碼上傳到pc10,a/d轉(zhuǎn)換的值除以該增益碼，得到前置放大電路1輸入端的實(shí)際信號(hào)值。

有益效果：本發(fā)明是通過二級(jí)放大電路與高速程控放大電路的級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)了大動(dòng)態(tài)范圍，能夠檢測大幅度變化噪聲的要求；采用取包絡(luò)電路可預(yù)測輸入信號(hào)的變換趨勢，為增益的調(diào)節(jié)提供參考；瞬時(shí)浮點(diǎn)放大的取包絡(luò)電路和比較電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了快速預(yù)判和及時(shí)調(diào)節(jié)增益；無需人工操作，提高了工作效率，且有效抑制了放大器飽和。

附圖說明

圖1為瞬時(shí)浮點(diǎn)放大磁共振探水信號(hào)檢測裝置結(jié)構(gòu)框圖

圖2為瞬時(shí)浮點(diǎn)放大磁共振探水信號(hào)檢測方法流程圖

1前置放大電路，2窄帶濾波電路，3二級(jí)放大電路，4模擬開關(guān)，5高速程控放大電路，6取包絡(luò)電路，7比較電路，8主控電路，9a/d轉(zhuǎn)換電路，10pc。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明：

如圖1所示，一種瞬時(shí)浮點(diǎn)放大技術(shù)的磁共振探水信號(hào)檢測裝置是由前置放大電路1經(jīng)窄帶濾波電路2與二級(jí)放大電路3和模擬開關(guān)4連接，二級(jí)放大電路3經(jīng)高速程控放大電路5與a/d轉(zhuǎn)換電路9連接，二級(jí)放大電路3經(jīng)取包絡(luò)電路6與比較電路7連接，二級(jí)放大電路3與模擬開關(guān)4連接，模擬開關(guān)4分別與高速程控放大電路5、取包絡(luò)電路6和主控電路8連接，取包絡(luò)電路6經(jīng)比較電路7與主控電路8連接，主控電路8與a/d轉(zhuǎn)換電路9連接，主控電路8經(jīng)pc10與a/d轉(zhuǎn)換電路9連接構(gòu)成。

如圖2所示，瞬時(shí)浮點(diǎn)放大技術(shù)的磁共振探水信號(hào)檢測方法，包括以下步驟：

a、系統(tǒng)初始化：把接收線圈連接到前置放大電路1上，系統(tǒng)上電后，模擬開關(guān)4默認(rèn)斷開，二級(jí)放大電路3的有效放大倍數(shù)是10倍；

b、二級(jí)放大電路的輸出電壓判斷：主控電路8檢測二級(jí)放大電路的輸出電壓值是否大于1v，若大于1v，主控電路8控制模擬開關(guān)4閉合，二級(jí)放大電路3短路；否則，維持模擬開關(guān)4斷開；

c、獲取包絡(luò)信號(hào)及比較輸出：檢測裝置完成a、b兩步步驟后開始磁共振信號(hào)的檢測，取包絡(luò)電路6的輸入信號(hào)經(jīng)過取包絡(luò)電路6之后，得到該信號(hào)的包絡(luò)，通過比較電路7與預(yù)設(shè)值比較輸出；

d、調(diào)節(jié)程控增益：比較的結(jié)果作為高速程控放大電路5的增益調(diào)節(jié)指令，按固定頻率調(diào)節(jié)增益，在保證放大器不飽和的同時(shí)盡可能地提高放大器增益；

e、觸發(fā)a/d轉(zhuǎn)換：調(diào)節(jié)增益完成之后，主控電路8輸出一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，控制a/d轉(zhuǎn)換電路9完成一次模數(shù)轉(zhuǎn)換；

f、重復(fù)c到e步驟，直至信號(hào)檢測結(jié)束；

g、信號(hào)歸一化處理：信號(hào)采集結(jié)束后，主控電路8將每一次的增益碼上傳到pc10,a/d轉(zhuǎn)換的值除以該增益碼，得到前置放大電路1輸入端的實(shí)際信號(hào)值。

實(shí)施例1

在長春吉林大學(xué)朝陽校區(qū)校園草坪上，以25mx25m接收線圈、感應(yīng)空間噪聲、增益調(diào)節(jié)速度為50khz為例，對(duì)基于瞬時(shí)浮點(diǎn)放大技術(shù)的磁共振探水信號(hào)檢測裝置和檢測方法的應(yīng)用進(jìn)行說明。

具體實(shí)施步驟如下：

a、系統(tǒng)初始化：在草坪上鋪設(shè)25mx25m接收線圈，把接收線圈連接到前置放大電路1上，上電啟動(dòng)系統(tǒng)工作，二級(jí)放大電路3的放大倍數(shù)是10倍；

b、二級(jí)放大電路的輸出電壓判斷：主控電路8檢測二級(jí)放大電路的輸出電壓值大于1v，模擬開關(guān)4閉合，二級(jí)放大電路3短路；

c、獲取包絡(luò)信號(hào)及比較輸出：檢測裝置完成a、b兩步步驟后開始磁共振信號(hào)的檢測，取包絡(luò)電路6的輸入信號(hào)經(jīng)過取包絡(luò)電路6之后，得到該信號(hào)的包絡(luò)，通過比較電路7與預(yù)設(shè)值比較輸出；

d、調(diào)節(jié)程控增益：比較的結(jié)果作為高速程控放大電路5的增益調(diào)節(jié)指令，按固定頻率調(diào)節(jié)增益，在保證放大器不飽和的同時(shí)盡可能地提高放大器增益；

e、觸發(fā)a/d轉(zhuǎn)換：調(diào)節(jié)增益完成之后，主控電路8輸出一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，控制a/d轉(zhuǎn)換電路9完成一次模數(shù)轉(zhuǎn)換；

f、重復(fù)c到e步驟，直至信號(hào)檢測結(jié)束；

g、信號(hào)歸一化處理：信號(hào)采集結(jié)束后，主控電路8將每一次的增益碼上傳到pc10,a/d轉(zhuǎn)換的值除以該增益碼，得到前置放大電路1輸入端的實(shí)際信號(hào)值。

對(duì)采樣結(jié)束后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，256ms采樣的12800個(gè)點(diǎn)，歸一化前的采樣值都是都在+-10v以內(nèi)，沒有一個(gè)飽和數(shù)據(jù)，說明該裝置和方法有效抑制了放大器飽和現(xiàn)象。由于校園草坪上，市內(nèi)電力線等干擾噪聲較大，所以經(jīng)過前置放大電路和二級(jí)放大電路后，輸出電壓超過了1v，系統(tǒng)自動(dòng)閉合了模擬開關(guān)，使二級(jí)放大器短路，系統(tǒng)的平均增益是8000倍。

實(shí)施例2

在長春燒鍋鎮(zhèn)太平池附近，以收發(fā)分離，100mx100m發(fā)射線圈、100mx100m接收線圈，增益調(diào)節(jié)速度為50khz為例，對(duì)基于瞬時(shí)浮點(diǎn)放大技術(shù)的磁共振探水信號(hào)檢測裝置和檢測方法的應(yīng)用進(jìn)行說明。

具體實(shí)施步驟如下：

a、系統(tǒng)初始化：在草坪上鋪設(shè)100mx100m發(fā)射和接收線圈，把接收線圈連接到前置放大電路1上，上電啟動(dòng)系統(tǒng)工作，二級(jí)放大電路3的放大倍數(shù)是10倍；

b、二級(jí)放大電路的輸出電壓判斷：主控電路8檢測二級(jí)放大電路的輸出電壓值小于1v，模擬開關(guān)4斷開，系統(tǒng)放大倍數(shù)增加10倍；

c、獲取包絡(luò)信號(hào)及比較輸出：檢測裝置完成a、b兩步步驟后開始磁共振信號(hào)的檢測，取包絡(luò)電路6的輸入信號(hào)經(jīng)過取包絡(luò)電路6之后，得到該信號(hào)的包絡(luò)，通過比較電路7與預(yù)設(shè)值比較輸出；

d、調(diào)節(jié)程控增益：比較的結(jié)果作為高速程控放大電路5的增益調(diào)節(jié)指令，按固定頻率調(diào)節(jié)增益，在保證放大器不飽和的同時(shí)盡可能地提高放大器增益；

e、觸發(fā)a/d轉(zhuǎn)換：調(diào)節(jié)增益完成之后，主控電路8輸出一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，控制a/d轉(zhuǎn)換電路9完成一次模數(shù)轉(zhuǎn)換；

f、重復(fù)c到e步驟，直至信號(hào)檢測結(jié)束；

g、信號(hào)歸一化處理：信號(hào)采集結(jié)束后，主控電路8將每一次的增益碼上傳到pc10,a/d轉(zhuǎn)換的值除以該增益碼，得到前置放大電路1輸入端的實(shí)際信號(hào)值。

對(duì)采樣結(jié)束后的每一個(gè)脈沖矩的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，歸一化前的采樣值都是都在+-10v以內(nèi)，沒有一個(gè)飽和點(diǎn)，且反演處理后，得到了與鉆井?dāng)?shù)據(jù)一樣的地下含水層結(jié)果，說明該裝置和方法抑制了放大器飽和現(xiàn)象，并有效獲取了核磁共振探水信號(hào)。由于燒鍋鎮(zhèn)噪聲干擾較小，所以經(jīng)過前置放大電路和二級(jí)放大電路后，輸出電壓小于1v，系統(tǒng)自動(dòng)斷開了模擬開關(guān)，使二級(jí)放大器有效，系統(tǒng)的平均增益是200000倍。