CN106772161A - 无线传感网络的多通道阵列式接收线圈及探测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无线传感网络的多通道阵列式接收线圈及探测方法，该线圈由接收线圈、线圈信息感知部分、线圈信号接收部分、无线通信部分和线圈信息运算处理部分构成，线圈信息感知部分、线圈信号接收部分和无线通信部分分别与接收线圈相连；线圈信息运算处理部分经无线通信部分与线圈信息感知部分、线圈信号接收部分相连。本发明采用无线数据回传降低了布线复杂度和系统造价，阵列式核磁共振信号采集获得了信息丰富的水质子核磁共振信号，为信号与噪声分离和地下水分布反演解释提供有力支持，并提出一种提高水质子核磁共振FID信噪比的方法，使核磁共振探水仪可在较强噪声环境下获取地下水文信息，阵列式布设提高了局部区域详细探测水文信息的效率。

Description

无线传感网络的多通道阵列式接收线圈及探测方法
技术领域
本发明涉及一种地球物理勘探设备及方法，具体涉及一种核磁共振找水仪接收线圈及探测方法，特别涉及一种无线传感网络的多通道阵列式接收线圈及探测方法。
背景技术
水资源作为一种人类赖以生存最重要自然资源，其直接影响着人类的生存和社会活动。随着人类社会经济的快速发展和水污染的蔓延，淡水资源缺乏已成为当前世界性难题。为发现和开采水资源，人们经历了盲目打井找水到使用地球物理方法勘查含水地质构造和层位的间接找水，再到近年来使用核磁共振技术直接探测地下水分布和含量的方法。核磁共振技术探测地下水技术具有快速高效、低成本、高分辨率和探测信息量丰富等优点，使其成为有广阔发展前景的直接探测找水技术。但是，当前的核磁共振探测找水仪存在探测深度有限、多维度探测能力不足、仪器笨重、数据处理和解释还不完善、智能化程度不高以及抗干扰能力弱等不足。
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虽然，上述专利从信号发生、信号调理、冲放电技术、环境噪声测试平台或评估、噪声消除或抑制等方面对核磁共振找水仪进行了研究，也推动了核磁共振找水仪的快速发展，但科研人员关于利于噪声消除的接收线圈还知之甚少。此外，现有对噪声的消除仍然采用的是基于统计叠加的噪声消除方法。综上，为使核磁共振找水仪的探索信号更加清晰明显，并使探测线圈向智能化和便携式分布多通道探测方向发展，科研人员还需对核磁共振找水仪接收线圈在噪声抑制提高信噪比、智能化以及便利化方面做出更加细致深入的研究。
发明内容
本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种无线传感网络的多通道阵列式接收线圈。本发明的另一目的是提供该无线传感网络的核磁共振找水仪接收线圈的探测方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种无线传感网络的多通道阵列式接收线圈，由接收线圈1、线圈信息感知部分2、线圈信号接收部分3、无线通信部分4和线圈信息运算处理部分5构成；
所述线圈信息感知部分2包括由电源模块206以及通过电源线与其连接的线圈阻值测量单元201、线圈电感测量单元202、线圈尺寸计算单元203、噪声测量单元204、无线传感单元205、电源模块206和连接线圈接口单元207构成的普通型线圈信息感知部分2-1，还包括由噪声测量单元204、无线传感单元205和电源模块206构成的简易型线圈信息感知部分2-2；
所述线圈信号接收部分3包括依次按数据传输方向连接的接收线圈接口单元301、信号接收开关单元302、限压/限流保护电路模块303、程控配谐模块304、前置放大器模块305、1kHz～3.5kHz带通滤波器模块306、程控增益放大器模块307和MRS信号采集模块308以及无线传感收发模块309、时间同步运行模块310、存储单元311、电源模块312和MCU处理单元313；MCU处理单元313与信号接收开关单元302、限压/限流保护电路模块303、程控配谐模块304、前置放大模块305、1kHz～3.5kHz带通滤波器模块306、程控增益放大器模块307、MRS信号采集模块308、无线传感收发模块309、时间同步运行模块310、存储单元311通过串行总线连接；电源模块312和其他功能模块之间用电源线连接；
所述无线通信部分4包括定位计算单元401以及分别通过通信总线与其连接的无线传感单元402、位置信息存储单元403、GPS授时定位单元404和电源单元405；无线传感单元402与位置信息存储单元403相连接，GPS授时定位模块404与位置信息存储单元403相连接；电源单元405通过电源线给其他功能模块供能；
所述线圈组信息运算处理部分5包括线圈组信息运算处理单元501、输入/查询信息单元502、信息存储单元503、电源单元504、无线传感单元505和线圈组信息显示506；
所述线圈信号接收部分3通过接收线圈接口单元301与接收线圈1相连，并经无线传感收发模块309将采集、处理后的信号数据传输给无线通信部分4；所述无线传感收发单元205通过无线方式与无线通信部分4的无线传感单元402相连；所述线圈组信息运算处理部分5通过无线传感单元505向下接收来自线圈的无线通信部分4的数据，向上传输给接收机7。
所述接收线圈1能够在被探测位置按行列式、矩阵规则一定规则或探测目的排列，用于接收发射线圈6激发的地下核磁共振信号、感知探测区域的电磁噪声和探测地下水信号。
上述无线传感网络的多通道阵列式接收线圈的探测方法，包括以下步骤：
A.以拟探测水区域为中心，布设周长30m～500m的长方形核磁共振找水仪发射线圈6，在距发射线圈6边线10m～20m处布设核磁共振找水仪发射机8；
B.沿着发射线圈6轨迹内侧向里10cm铺设接收线圈1，以发射线圈6为核心区域，距发射线圈6边沿40m以外的东西南北四个方向上根据探测需要分别铺设100m～300m的长方形第一内层接收线圈1；若在准备探测水区域有明显的电磁干扰源，在这些电磁干扰源外50m沿着东西南北方向铺设第一外层接收线圈1；根据第一内层接收线圈1和第一外层接收线圈1铺设后剩下的线圈间的距离，铺设中间层的接收线圈1，形成接收线圈1阵列；
C.将线圈信息运算处理部分5放置在接收线圈1阵列的中心位置，便于接收线圈1阵列中的无线通信部分4进行数据传输，接收机7、主控机9和远端计算机10置于阵列式接收线圈1以外；
D.检查接收机7、发射机8、阵列式接收线圈1和发射线圈6的布设和接线情况，打开各部分进行初始化运行和系统自动监测，线圈组信息运算处理部分5发射时间同步数据包进行整个接收线圈1阵列和发射机8时间同步，各接收线圈1根据自身线圈周围噪声情况开启或关闭自身电源；
E.发射机8发射大功率探测电流，接收线圈1根据同步时间信号采集探测信号；
F.接收线圈1将采集到的FID信号和噪声的混合信号通过无线通信部分4将数据传输到线圈组信息运算处理部分5，线圈组信息运算处理部分5对采集信号进行算法噪声消除，将处理后的信号通过无线传感单元505上传到接收机7，为接收机7和远端计算机10提供低噪声高质量的水质子核磁共振信号。
步骤F，线圈组信息运算处理部分5对采集信号进行算法噪声消除的步骤为：
a.发射机8发射探测信号，接收线圈1以准确时序同步接收线圈所处位置的信号和噪声信息；
b.线圈组信息运算处理部分5获取所有接收线圈1采集到的时域信号；
c.对接收线圈1所采集到的离散时域信号为原始数据进行标准化；
d.计算标准化后的离散时域信号的相关系数矩阵；
e.根据离散时域信号的相关系数矩阵，计算其特征值和特征向量；
f.根据离散时域信号的相关系数矩阵的特征值和特征向量，计算主成分个数和各个主成分的贡献率，并计算累计贡献率大于90％时的主成分个数n；
g.根据累计贡献率大于90％时的主成分个数n，确定接收线圈1阵列中参与信号探测的线圈数量m＝n；
h.以m个接收线圈1为选取目标，在接收线圈1阵列第一外层中选出m个消噪线圈效果好的接收线圈1；
i.根据信号随距离衰减的公式，计算所选的m个接收线圈1的信号消噪系数；
j.根据m个接收接收线圈1对信号进行分离提取。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明采用无线数据回传降低了布线的复杂度和系统造价；采用主探测线圈和参考接收线圈结合的阵列式核磁共振信号采集获得了信息丰富的水质子核磁共振信号，为信号与噪声分离和地下水分布反演解释提供有力支持；另外，提出了一种新的提高水质子核磁共振FID信噪比的方法，为核磁共振探水仪在较强噪声环境下获取地下水文信息提供了技术突破可能；同时，阵列式布设的接收线圈也提高了局部区域详细探测水文信息的效率。
附图说明
图1(a)为阵列式方形接收线圈示意图；
图1(b)为阵列式圆形接收线圈示意图；
图1(c)为阵列式长方形接收线圈示意图；
图2为单个接收线圈构成原理框图；
图3为无线传感网络的核磁共振找水仪接收线圈在核磁共振找水仪系统中结构图；
图4(a)为普通型线圈信息感知部分图；
图4(b)为简易型线圈信息感知部分结构图；
图5为线圈信号接收部分结构图；
图6为无线通信部分结构图；
图7为线圈组信息运算处理部分结构图；
图8为线圈组信息运算处理部分提高核磁共振信号信噪比流程图；
图9为基于无线传感网络的多通道阵列式接收线圈在干扰环境中的一种实际布设图。
图中，1.接收线圈 2.线圈信息感知部分 3.线圈信号接收部分 4.无线通信部分5.线圈信息运算处理部分 6.发射线圈 7.接收机 8.发射机 9.主控机 10.计算机 11.点干扰源 12.点线干扰源 13.线干扰源 101.主探测线圈 102.参考接收线圈 201.线圈阻值测量单元 202.线圈电感测量单元 203.线圈尺寸计算单元 204.噪声测量单元 205.无线传感单元 206.电源模块 207.连接线圈接口单元 301.接收线圈接口单元 302.信号接收开关单元 303.限压/限流保护电路模块 304.程控配谐模块 305.前置放大器模块306.1kHz～3.5kHz带通滤波器模块 307.程控增益放大器模块 308.MRS信号采集模块309.无线传感收发模块 310.时间同步运行模块 311.存储单元 312.电源模块 313.MCU处理单元 401.定位计算单元 402.无线传感单元 403.位置信息存储单元 404.GPS授时定位单元 405.电源单元 501.线圈组信息运算处理单元 502.输入/查询信息单元 503.信息存储单元 504.电源单元 505.无线传感单元 506.线圈组信息显示，Y工作状态，N未工作状态2-1.普通型线圈信息感知部分 2-2.简易型线圈信息感知部分。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：
一种无线传感网络的多通道阵列式接收线圈，由接收线圈1、线圈信息感知部分2、线圈信号接收部分3、无线通信部分4和线圈信息运算处理部分5构成；接收线圈1分别与线圈信息感知部分2、线圈信号接收部分3和无线通信部分4有线连接，线圈信息运算处理部分5经无线通信部分4与线圈信息感知部分2、线圈信号接收部分3无线连接。
接收线圈1由多个圆形、方形或长方形等形状的单个接收线圈1在被探测位置按行列式、矩阵规则等间距排列或探测目的排列成接收线圈1阵列，如图1所示，其中图1(a)表示方形的接收线圈1阵列，图1(b)表示圆形的接收线圈1阵列，图1(c)表示长方形的接收线圈1阵列。接收线圈1作用是接收发射线圈6激发的地下核磁共振信号和感知探测区域的电磁噪声。所述的收线圈1与发射线圈6基本处于同一位置，即处于接收激发核磁共振信号的强度最有利位置，其担负着探测地下水信号的主要任务。
所述的接收线圈1可根据所处位置和作用分为第一内层收线圈1、中间层收线圈1和第一外层收线圈1。第一内层收线圈1作用是同步接收部分核磁共振信号和噪声信号。第一外层收线圈1处于电磁干扰源附近，沿着东西或南北方向铺设，其主要功能是同步接收电磁干扰源产生的噪声。
线圈信息感知部分2分为普通型线圈信息感知部分2-1和简易型线圈信息感知部分2-2，其作用是线圈结构的物理参数和线圈周围的环境参数。普通线圈感知部分2-1由线圈阻值测量单元201、线圈电感测量单元202、线圈尺寸计算单元203、噪声测量单元204、无线传感收发单元205、电源模块206和连接线圈接口单元207等单元构成。简易型线圈感知单元2-2由噪声测量单元204、无线传感单元205、电源模块206构成。每个接收线圈1上分别设有普通型线圈信息感知部分2-1、简易型线圈信息感知部分2-2、线圈信号接收部分3和无线通信部分4，如图2所示。
图3中给出了无线传感网络的多通道阵列式接收线圈装置在核磁共振找水仪系统中的相互联系结构原理图，可以看出本接收线圈装置在核磁共振找水仪系统中的位置和连接方式，整体上给出了本接收线圈装置在实际中的应用方案。
所述的线圈阻值测量单元201、线圈电感测量单元202分别测量每个接收线圈的阻值和电感量，为线圈信号接收部分的程控配谐模块提供线圈基本参数。
所述的线圈尺寸计算单元203根据线圈阻值计算单元201测得的线圈阻值、线圈线的横截面积以及线圈的电阻率获得线圈尺寸，所获得的线圈长度尺寸为线圈组信息运算处理部分提供基本计算参量。
所述的噪声测量单元204由放大电路、带通滤波电路和模拟信号采集电路构成，其作用是采集探测区域噪声信号，为接收线圈1采集核磁共振信号提供初步评估参数。
所述的无线传感收发单元205负责将噪声测量单元204、线圈电感测量单元202、线圈阻值测量单元201等测量的信息通过无线方式连接接收线圈1的无线通信部分4。
所述的连接线圈接口单元207作用为连接接收线圈1与线圈信息感知部分2。所述的电源模块206为线圈阻值测量单元201、线圈电感测量单元202、线圈尺寸计算单元203、噪声测量单元204、无线传感收发单元205和连接线圈接口单元207等供给电能。
线圈信息感知部分2内部单元构成及连接方式如附图4所示，电源单元206通过电源线与线圈阻值测量单元201、线圈电感测量单元202、线圈尺寸计算单元203、噪声测量单元204、无线传感收发单元205、连接线圈接口单元207等连接。无线传感收发单元207与线圈阻值测量单元201、线圈电感测量单元202、线圈尺寸计算单元203、噪声测量单元204通过串行通信总线连接。
线圈信号接收部分3由接收线圈接口单元301、信号接收开关单元302、限压/限流保护电路模块303、程控配谐模块304、前置放大模块305、1kHz～3.5kHz带通滤波器模块306、程控增益放大器模块307、MRS信号采集模块308、无线传感收发模块309、时间同步运行模块310、存储单元311、电源模块312和MCU处理单元313等构成。线圈信号接收部分3其主要作用是采集接收线圈1感应到的纳伏级电压并滤波放大和向上传输。
所述的接收线圈接口单元301其作用是连接接收线圈1和线圈信号接收部分3，是核磁共振信号被采集的连接部分。
所述的信号接收开关单元302是断开或连接线圈1的模块，其作用是对信号进行时间上的选择采集。
所述的限压/限流保护电路模块303其作用是防止发射线圈6与接收线圈1电流耦合产生高电压和大电流而损坏线圈信号接收部分3电路。
所述的程控配谐模块304其作用是根据线圈信息感知部分2测量的接收线圈电感量进行程序控制求解谐振匹配电容值，然后选择电容进行串联接入，以达到减小线圈感抗的作用。
所述的前置放大模块305对信号进行初步放大处理，增强信号幅值。所述的1kHz～3kHz带通滤波器模块306其作用是对信号进行带通滤波，为后续信号处理做准备。
所述的程控增益放大器模块307作用是将经过带通滤波模块306滤波后的信号和噪声进一步放大。
所述的MRS信号采集模块308功能是对来自程控增益房放大器模块307的信号进行高频采集。
所述的MCU处理单元313作用是对信号接收开关单元302、限压/限流保护电路模块303、程控配谐模块304、前置放大模块305、1kHz～3.5kHz带通滤波器模块306、程控增益放大器模块307、MRS信号采集模块308、无线传感收发模块309、时间同步运行模块310、存储单元311进行部分控制和信息初步处理。
所述的无线传感收发模块309对MCU处理单元313处理后的数据和MRS采集模块308的采集的信号数据传输给本接收线圈的无线通信部分4。
所述的时间同步运行模块310作用是接收无线通信部分4的时间同步数据并传输给MCU处理单元313，以便MCU处理单元313控制MRS信号采集模块308同步采集数据。
所述的存储单元311作用是存储MRS信号采集模块308获得的采样数据和MCU处理单元313初步处理后的信号数据。所述的电源模块312为其他模块单元提供电能。
线圈信号接收部分3内部单元构成及连接方式如附图5所示，接收线圈接口单元301、信号接收开关单元302、限压/限流保护电路模块303、程控配谐模块304、前置放大模块305、1kHz～3.5kHz带通滤波器模块306、程控增益放大器模块307、MRS信号采集模块308依次按数据传输方向连接。MCU处理单元313与信号接收开关单元302、限压/限流保护电路模块303、程控配谐模块304、前置放大模块305、1kHz～3.5kHz带通滤波器模块306、程控增益放大器模块307、MRS信号采集模块308、无线传感收发模块309、时间同步运行模块310、存储单元311通过串行总线连接。电源模块312和其他功能模块之间用电源线连接。
无线通信部分4由定位计算单元401、无线传感单元402、位置信息存储单元403、GPS授时定位单元404、电源单元405等构成。
所述的定位计算单元401根据GPS授时定位单元404提供的位置坐标为基点，根据无线通信部分4中的无线传感单元402测量到的本线圈内普通线圈感知部分Ⅰ、简易型线圈感知部分Ⅱ以及线圈信号接收部分3中的无线传感单元的信号强度值RSSI，利用距离与RSSI值之间的指数关系转化为距离关系，并利用三边测距定位算法求得线圈的轮廓大小和位置，为线圈组信息运算处理部分5提供需要的位置运算信息。
所述的无线传感单元402其作用是向下与普通型线圈信息感知部分2-1、简易型线圈信息感知部分2-2进行无线通信，向上与线圈组信息运算处理部分5进行无线通信。同时，无线传感单元402为定位计算单元401提供信号强度信息。
所述的位置信息存储单元403其作用是存储定位计算单元401计算的线圈位置信息。所述的电源单元405为其他模块提供工作电能。
所述的GPS授时定位单元404获取GPS定位卫星的高精度时间数据和地理位置信息。
无线通信部分4内部单元构成及连接方式如附图6所示，定位计算单元401分别和无线传感单元402、位置信息存储单元403、GPS授时定位单元404使用通信总线连接。无线传感单元402与位置信息存储单元403相连接，GPS授时定位模块404与位置信息存储单元403相连接。电源单元405通过电源线给其他功能模块供能。
线圈组信息运算处理部分5由线圈组信息运算处理单元501、输入/查询信息单元502、信息存储单元503、电源单元504、无线传感单元505和线圈组信息显示506等构成。该部分为实现多通道阵列式核磁共振找水仪接收线圈消噪的重要组成部分。线圈组信息运算处理部分5内部单元构成及连接，如图7所示。
其中所述的输入/查询信息单元502其作用是为提供对线圈组的信息的查询输入。
所述的信息存储单元503对线圈组信息运算处理单元501后的结果数据进行存储。
所述的线圈组信息显示单元506提供对线圈组信息的显示。
所述的无线传感单元505作用是向下接收来自线圈的无线通信部分4的数据，向上传输给接收机7。所述的电源单元504为其他部分提供电能。
所述的线圈组信息运算处理单元501作用是根据阵列式线圈组提供的接收线圈的信号完成核磁共振信号的算法消噪。
线圈组信息运算处理部分501通过以下过程实现核磁共振信号信噪比的提高，如附图8所示：
a.核磁共振找水仪发射机8和接收机7打开，线圈组信息运算处理部分5接收接收机7发来的初始化指令，进行线圈组信息运算处理部分5初始化；
b.线圈组信息运算处理部分5初始化同时，向下的线圈上的无线通信部分4进行初始化指令发送，无线通信部分4对自身的GPS授时定位模块404进行设置，使其与发射机8的时间进行精确同步，以保证接收线圈1阵列能准确接收到地下水中氢质子的核磁共振信号；
c.无线通信部分4发射时间同步数据，线圈信号接收部分3的无线传感收发模块309接收时间同步数据并传输给时间同步运行模块310进行时间同步。普通型线圈信息感知部分Ⅰ的无线传感单元205接收时间同步数据后进行线圈参数测量，完成参数测量后连接线圈接口单元207断开与线圈的连接。简易型线圈信息感知部分2-2的无线传感单元205接收的时间同步数据后进入工作状态；
d.线圈信号接收部分3接收到普通型线圈信息感知部分2-1的传输的线圈参数后，线圈信号接收部分3的MCU处理单元313进行计算后控制程控配谐模块304进行配谐电容的选择和接入；
e.线圈信号接收部分3和线圈信息感知部分2完成探测准备后，向无线通信部分4发送准备完成消息，接着线圈组内各个接收线圈1上的无线通信部分4向线圈组信息运算处理部分5转发准备完成消息，整个多通道阵列式核磁共振找水仪接收线圈装置进入探测准备工作状态；
f.当收到核磁共振找水仪主控机9发过来的探测运行指令，线圈组信息运算处理部分5、无线通信部分4、线圈信号接收部分3依次接收到探测运行指令后，与发射机8协调工作进行核磁共振信号探测；
g.接收线圈1将同步采集到的探测信号，通过无线通信部分4发送到线圈组信息运算处理部分5进行主成分分析消噪算法处理，然后将消噪后的信号无线传输到接收机7；
进一步，线圈组信息运算处理部分5对采集信号进行算法噪声消除的具体步骤为：
a.发射机8发射探测信号，接收线圈1以准确时序同步接收线圈所处位置的信号和噪声信息；
b.线圈组信息运算处理部分5获取所有接收线圈1采集到的时域信号；
c.对接收线圈1所采集到的离散时域信号为原始数据进行标准化；
d.计算标准化后的离散时域信号的相关系数矩阵；
e.根据离散时域信号的相关系数矩阵，计算其特征值和特征向量；
f.根据离散时域信号的相关系数矩阵的特征值和特征向量，计算主成分个数和各个主成分的贡献率，并计算累计贡献率大于90％时的主成分个数n；
g.根据累计贡献率大于90％时的主成分个数n，确定接收线圈1阵列中参与信号探测的线圈数量m＝n；
h.以m个接收线圈1为选取目标，在接收线圈1阵列第一外层中选出m个消噪线圈效果好的接收线圈1；
i.根据信号随距离衰减的公式，计算所选的m个接收线圈1的信号消噪系数；
j.根据m个接收接收线圈1对信号进行分离提取。
为方便理解该接收线圈装置测试方法，附图9给出了无线传感网络的多通道阵列式接收线圈装置在干扰环境中的一种实际布设图，图中给出了三种干扰源11、12、13分别代表的是点干扰源，点线干扰源，线干扰源。同时，图中给出了接收线圈1工作的两种状态工作线圈状态Y和未工作线圈状态N，采用两种工作状态的目的是在保证接收到核磁共振信号和消噪需要的干扰信号的前提下，使得系统的能量消耗较低，即实现良好的节能效果。这两种状态是根据接收线圈1和干扰源的之间位置、干扰源频段和干扰源强度而确定的，一般工作状态的接收线圈1是处于干扰源的附近，未工作状态的线圈远离干扰源。
并且，在都无干扰源的情况下，只有和发射线圈重合的接收线圈1工作。
工作区四周都有干扰源的情况下，根据干扰源的强弱和远近程度打开周围的接收线圈1，干扰源强度大或近干扰源的接收线圈1工作。
无线传感网络的多通道阵列式核磁共振找水仪接收线圈装置测试方法，包括以下步骤：
A.以拟探测水区域为中心，布设周长30m～500m的长方形核磁共振找水仪发射线圈6，在距发射线圈6边线10m～20m处布设核磁共振找水仪发射机8；
B.沿着发射线圈6轨迹内侧向里10cm铺设接收线圈1，以发射线圈6为核心区域，距发射线圈6边沿40m以外的东西南北四个方向上分别铺设100m～300m的长方形第一内层接收线圈1；若在准备探测水区域有明显的电磁干扰源，在这些电磁干扰源外50m沿着东西南北方向铺设第一外层接收线圈1；根据第一内层接收线圈1和第一外层接收线圈1铺设后剩下的线圈间的距离，铺设中间层的接收线圈1，形成接收线圈1阵列；
C.将线圈信息运算处理部分5放置在接收线圈1阵列的中心位置，便于接收线圈1阵列中的无线通信部分4进行数据传输，接收机7、主控机9和远端计算机10置于阵列式接收线圈1以外；
D.检查接收机7、发射机8、阵列式接收线圈1和发射线圈6的布设和接线情况，打开各部分进行初始化运行和系统自动监测，线圈组信息运算处理部分5发射时间同步数据包进行整个接收线圈1阵列和发射机8时间同步，各接收线圈1根据自身线圈周围噪声情况开启或关闭自身电源；
E.发射机8发射大功率探测电流，接收线圈1根据同步时间信号采集探测信号；
F.接收线圈1将采集到的FID信号和噪声的混合信号通过无线通信部分4将数据传输到线圈组信息运算处理部分5，线圈组信息运算处理部分5对采集信号进行算法噪声消除，将处理后的信号通过无线传感单元505上传到接收机7，为接收机7和远端计算机10提供低噪声高质量的水质子核磁共振信号。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种无线传感网络的多通道阵列式接收线圈，其特征在于：由接收线圈(1)、线圈信息感知部分(2)、线圈信号接收部分(3)、无线通信部分(4)和线圈信息运算处理部分(5)构成；
所述线圈信息感知部分(2)包括由电源模块(206)以及通过电源线与其连接的线圈阻值测量单元(201)、线圈电感测量单元(202)、线圈尺寸计算单元(203)、噪声测量单元(204)、无线传感单元(205)、电源模块(206)和连接线圈接口单元(207)构成的普通型线圈信息感知部分(2-1)，还包括由噪声测量单元(204)、无线传感单元(205)和电源模块(206)构成的简易型线圈信息感知部分(2-2)；
所述线圈信号接收部分(3)包括依次按数据传输方向连接的接收线圈接口单元(301)、信号接收开关单元(302)、限压/限流保护电路模块(303)、程控配谐模块(304)、前置放大器模块(305)、1kHz～3.5kHz带通滤波器模块(306)、程控增益放大器模块(307)和MRS信号采集模块(308)以及无线传感收发模块(309)、时间同步运行模块(310)、存储单元(311)、电源模块(312)和MCU处理单元(313)；MCU处理单元(313)与信号接收开关单元(302)、限压/限流保护电路模块(303)、程控配谐模块(304)、前置放大模块(305)、1kHz～3.5kHz带通滤波器模块(306)、程控增益放大器模块(307)、MRS信号采集模块(308)、无线传感收发模块(309)、时间同步运行模块(310)、存储单元(311)通过串行总线连接；电源模块(312)和其他功能模块之间用电源线连接；
所述无线通信部分(4)包括定位计算单元(401)以及分别通过通信总线与其连接的无线传感单元(402)、位置信息存储单元(403)、GPS授时定位单元(404)和电源单元(405)；无线传感单元(402)与位置信息存储单元(403)相连接，GPS授时定位模块(404)与位置信息存储单元(403)相连接；电源单元(405)通过电源线给其他功能模块供能；
所述线圈组信息运算处理部分(5)包括线圈组信息运算处理单元(501)、输入/查询信息单元(502)、信息存储单元(503)、电源单元(504)、无线传感单元(505)和线圈组信息显示(506)；
所述线圈信号接收部分(3)通过接收线圈接口单元(301)与接收线圈(1)相连，并经无线传感收发模块(309)将采集、处理后的信号数据传输给无线通信部分(4)；所述无线传感收发单元(205)通过无线方式与无线通信部分(4)的无线传感单元(402)相连；所述线圈组信息运算处理部分(5)通过无线传感单元(505)向下接收来自线圈的无线通信部分(4)的数据，向上传输给接收机(7)。
2.根据权利要求1所述的一种无线传感网络的多通道阵列式接收线圈，其特征在于：所述接收线圈(1)能够在被探测位置按行列式、矩阵规则或探测目的排列，用于接收发射线圈(6)激发的地下核磁共振信号、感知探测区域的电磁噪声和探测地下水信号。
3.如权利要求1所述的一种无线传感网络的多通道阵列式接收线圈的探测方法，包括以下步骤：
A.以拟探测水区域为中心，布设周长30m～500m的长方形核磁共振找水仪发射线圈(6)，在距发射线圈(6)边线10m～20m处布设核磁共振找水仪发射机(8)；
B.沿着发射线圈(6)轨迹内侧向里10cm铺设接收线圈(1)，以发射线圈(6)为核心区域，距发射线圈(6)边沿40m以外的东西南北四个方向上根据探测需要分别铺设100m～300m的长方形第一内层接收线圈(1)；若在准备探测水区域有明显的电磁干扰源，在这些电磁干扰源外50m沿着东西南北方向铺设第一外层接收线圈(1)；根据第一内层接收线圈(1)和第一外层接收线圈(1)铺设后剩下的线圈间的距离，铺设中间层的接收线圈(1)，形成接收线圈(1)阵列；
C.将线圈信息运算处理部分(5)放置在接收线圈(1)阵列的中心位置，便于接收线圈(1)阵列中的无线通信部分(4)进行数据传输，接收机(7)、主控机(9)和远端计算机(10)置于阵列式接收线圈(1)以外；
D.检查接收机(7)、发射机(8)、阵列式接收线圈(1)和发射线圈(6)的布设和接线情况，打开各部分进行初始化运行和系统自动监测，线圈组信息运算处理部分(5)发射时间同步数据包进行整个接收线圈(1)阵列和发射机(8)时间同步，各接收线圈(1)根据自身线圈周围噪声情况开启或关闭自身电源；
E.发射机(8)发射大功率探测电流，接收线圈(1)根据同步时间信号采集探测信号；
F.接收线圈(1)将采集到的FID信号和噪声的混合信号通过无线通信部分(4)将数据传输到线圈组信息运算处理部分(5)，线圈组信息运算处理部分(5)对采集信号进行算法噪声消除，将处理后的信号通过无线传感单元(505)上传到接收机(7)，为接收机(7)和远端计算机(10)提供低噪声高质量的水质子核磁共振信号。
4.根据权利要求3所述的一种无线传感网络的多通道阵列式接收线圈的探测方法，其特征在于，步骤F，线圈组信息运算处理部分(5)对采集信号进行算法噪声消除的具体步骤为：
a.发射机(8)发射探测信号，接收线圈(1)以准确时序同步接收线圈所处位置的信号和噪声信息；
b.线圈组信息运算处理部分(5)获取所有接收线圈(1)采集到的时域信号；
c.对接收线圈(1)所采集到的离散时域信号为原始数据进行标准化；
d.计算标准化后的离散时域信号的相关系数矩阵；
e.根据离散时域信号的相关系数矩阵，计算其特征值和特征向量；
f.根据离散时域信号的相关系数矩阵的特征值和特征向量，计算主成分个数和各个主成分的贡献率，并计算累计贡献率大于90％时的主成分个数n；
g.根据累计贡献率大于90％时的主成分个数n，确定接收线圈(1)阵列中参与信号探测的线圈数量m＝n；
h.以m个接收线圈(1)为选取目标，在接收线圈(1)阵列第一外层中选出m个消噪线圈效果好的接收线圈(1)；
i.根据信号随距离衰减的公式，计算所选的m个接收线圈(1)的信号消噪系数；
j.根据m个接收接收线圈(1)对信号进行分离提取。
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