抗飽和高增益自適應抵消型地面核磁共振信號放大裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種地面核磁共振信號調理及數(shù)據(jù)采集裝置，具體涉及一種有效防止 放大器飽和的高增益和帶有參考線圈實時自適應噪聲抵消功能的信號放大裝置。
【背景技術】
[0002] 探測地下淡水資源的方法有很多種，地面核磁共振技術（MRS)是近些年來國際上 開發(fā)出一種新的地球物理直接探測地下水的方法。與傳統(tǒng)的地球物理間接探測地下水的 方法相比，地面核磁共振技術具有直接非侵害性，高分辨力、高效率、信息量豐富和解唯一 等優(yōu)點，不打鉆就能夠確定出含水層的深度、厚度、含水率、含水層平均孔隙度，且完成一個 核磁共振測點的費用小，是一種極具發(fā)展前景的新技術。目前，除了在國際上很多國家和地 區(qū)，地面核磁共振技術在我國北方干旱、半干旱地區(qū)以及西南丘陵和巖溶地區(qū)尋找地下水 以及高效廉價地評價地下水資源等領域獲得了廣泛應用。
[0003] 地面核磁共振地下水探測信號一般為納伏級（10 9V)的信號，極其微弱，而且地面 核磁共振探測儀器在接收核磁共振信號的同時不可避免地接收到很強的環(huán)境噪聲，從而使 信號的信噪比過低，導致對地下水的估計產生較大偏差。目前使用的信號放大器增益較高， 在強噪聲環(huán)境下容易飽和，使得采集的信號嚴重失真，不能提取有效信息。為了防止放大器 飽和，只能減小放大器的增益，而信號不能得到有效放大，低于采集系統(tǒng)的分辨率。這時，即 使采用多種數(shù)字信號處理方法（如數(shù)字濾波、自適應噪聲抵消和數(shù)字平均等），也只能降低 噪聲，不能提取有效信號。
[0004]CN102053280A公開了一種帶參考線圈的核磁共振地下水探測系統(tǒng)及探測方法，通 過多路A/D采集單元同步采集發(fā)射/接收線圈中的核磁共振信號以及參考線圈中噪聲信號 的全波形數(shù)據(jù)，通過計算參考線圈采集的噪聲信號和核磁共振信號的最大相關性，實現(xiàn)參 考線圈最佳位置和數(shù)量的布設，在核磁共振信號和環(huán)境噪聲統(tǒng)計特性未知的情況下，采用 變步長自適應最小均方算法進行噪聲對消，實現(xiàn)從復雜環(huán)境噪聲中提取核磁共振信號。該 發(fā)明的優(yōu)點是：在一定程度上實現(xiàn)了多場源噪聲干擾下核磁共振信號的提取，有效地解決 了村莊附件以及城市周邊地區(qū)核磁共振探測干擾多、多種干擾噪聲數(shù)據(jù)難以分離的問題， 提高了儀器抗干擾性能。但是此發(fā)明只能在采集完所有數(shù)據(jù)后才能進行數(shù)據(jù)自適應消噪， 如果環(huán)境噪聲較大，放大器增益較大時，信號飽和失真；放大器增益較小時，信號低于A/D 的分辨率，不能有效采集。這兩種情況利用參考線圈進行自適應噪聲對消也不能有效獲取 地面核磁共振信號。
[0005]CN204272030U公開了一種找水儀的放大器模塊，該核磁共振儀器的放大器模塊能 夠自動調整配諧電容的容值來使中心頻率更加準確，用放大器并聯(lián)進一步降低放大器本底 噪聲，用低通濾波器和高通濾波器串聯(lián)構成帶通濾波器，截止頻率為I. 5K~3K，通帶內增 益平坦，有更低的矩形系數(shù)，通過二級放大器和程控放大器使該放大器具有更大的動態(tài)范 圍，放大倍數(shù)為2000~320000倍，具有自動調節(jié)功能，放大倍數(shù)計算準確，適應更加復雜的 噪聲環(huán)境。此放大器模塊雖然能夠防止放大器飽和，但是當環(huán)境噪聲強度遠大于核磁共振 信號強度時，經過前置放大器和帶通濾波器放大后的信號，直接對其進行放大，容易導致二 級放大器和程控放大器飽和，如果減小放大器放大倍數(shù)，導致有效的地面核磁共振信號不 能有效放大，不易被采集。
[0006] 因此，需要發(fā)明一種抗飽和高增益帶有多參考線圈并能夠實時進行自適應抵消型 噪聲抵消的放大裝置，最大限度地從強環(huán)境噪聲中提取有用的地面核磁共振信號。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種抗飽和高增益自適應抵消型地面核磁 共振信號放大裝置，以解決探測點附近存在多種噪聲源干擾下地面核磁共振信號有效提取 的問題。
[0008] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，抗飽和高增益自適應抵消型地面核磁共振信號放大裝置， 包括至少一個主信號接收線圈接收信號源產生的地面核磁共振信號和噪聲源產生的噪聲 信號的疊加、至少一個參考線圈接收噪聲源產生的環(huán)境噪聲以及接收信號并處理信號的地 面核磁共振儀器，地面核磁共振儀器包含至少一個主信號通道用于采集地面核磁共振信 號，和至少一個參考信號通道用于接收環(huán)境噪聲，
[0009] 主信號接收線圈的信號經過主信號通道后經過前置放大器放大、帶通濾波器濾波 分為兩路，一路進入一相減器，一路經模數(shù)轉換器轉換為數(shù)字量進入一自適應抵消器；
[0010] 參考線圈的信號經過經參考信號通道后經過前置放大器放大、帶通濾波器濾波后 經模數(shù)轉換器轉換為數(shù)字量進入自適應抵消器；
[0011] 自適應抵消器的相對應主信號通道的輸出為環(huán)境噪聲分量，經過數(shù)模轉換器轉換 成模擬量后至對應的主信號通道的相減器，相減器抵消掉主通道數(shù)據(jù)中的環(huán)境噪聲分量， 再通過末級放大器進行高增益放大，獲得地面核磁共振信號。
[0012] 本發(fā)明進一步地，參考信號通道數(shù)據(jù)經過自適應抵消器的參數(shù)可調數(shù)字濾波器產 生輸出信號經過疊加后，將其與主信號通道數(shù)據(jù)進行比較，形成該主信號通道數(shù)據(jù)的誤差 信號，通過采用自適應算法對參數(shù)可調濾波器參數(shù)進行調整，經過反復迭代，最終使得誤差 信號的均方值最小，使其輸出的參考信號不斷逼近環(huán)境噪聲。
[0013] 本發(fā)明進一步地，誤差信號通過變步長自適應最小均方LMS算法對參數(shù)可調數(shù)字 濾波器的參數(shù)進行調整。
[0014] 本發(fā)明進一步地，當采用多個參考線圈時，每路參考信號通道對應與接收線圈數(shù) 目相同的參數(shù)可調數(shù)字濾波器。
[0015] 本發(fā)明進一步地，設置一個主信號接收線圈，至少一個參考線圈。
[0016] 本發(fā)明進一步地，設置至少一個主信號接收線圈和一個參考線圈。
[0017] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，有益效果在于：在強噪聲環(huán)境下，主探測線圈接收到的信 號經過前置放大和帶通濾波器后，由于通帶內的環(huán)境噪聲仍然較多，如果直接對信號進行 放大，容易使后級放大器飽和。而采用多個參考線圈實現(xiàn)對探測點附近多種環(huán)境噪聲的采 集，在信號和噪聲未知的情況下，采用自適應抵消算法，自適應跟蹤學習主探測線圈中的噪 聲，在主探測線圈中以模擬量的形式減掉，可以有效地濾除相關的環(huán)境噪聲后，再進行高增 益的放大，能夠防止末級放大器飽和，同時滿足數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分辨率要求。
【附圖說明】
[0018] 圖1一個主信號接收線圈和多個參考線圈鋪設圖；
[0019] 圖2參考通道實時噪聲抵消系統(tǒng)的示意圖；
[0020] 圖3自適應抵消器內部結構圖；
[0021] 圖4 一個主信號通道和三個參考信號通道噪聲實時抵消系統(tǒng)的示意圖；
[0022] 圖5 -個主信號通道和三個參考信號通道自適應抵消器內部結構圖；
[0023] 圖6三個主信號接收線圈和一個參考線圈鋪設圖；
[0024] 圖7三個主信號通道和一個參考信號通道噪聲實時抵消系統(tǒng)的示意圖；
[0025] 圖8三個主信號通道和一個參考信號通道自適應抵消器內部結構圖；
[0026] 圖9一個主信號通道和三個參考信號通道噪聲實時抵消系統(tǒng)的效果圖；
[0027] 圖10三個主信號通道和一個參考信號通道噪聲實時抵消系統(tǒng)的效果圖。
【具體實施方式】
[0028] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明 進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0029] 參見圖1、圖2和圖3所示，抗飽和高增益自適應抵消型地面核磁共振信號放大裝 置的附近為電力線路2,由主信號接收線圈10、參考線圈（20、30、M)和地面核磁共振儀器1 組成。主信號接收線圈接收的信號為信號源產生的地面核磁共振信號S(t)和噪聲源產生 的白噪聲和工頻噪聲信號N(t)的疊加S(t)+N(t)，參考線圈接收的信號為噪聲源產生的環(huán) 境噪聲Njt) (m= 1，2, 3......M)。參見圖2,主信號接收線圈10與參考線圈（20、30、M)分 別與地面核磁共振儀器1的前置放大器（11、21、31、M1)連接，再分別經過帶通濾波器（12、 22、32、M2)，與模數(shù)轉換器（13、23、33、M3)連接，將接收信號轉換成數(shù)字量d[n]和Xni [n](m =1，2. ..M)，進入自適應抵消器14中，自適應抵消器14輸出至數(shù)模