CN106918844B - 瞬时浮点放大的磁共振探水信号检测装置及检测方法 - Google Patents

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CN106918844B CN201710110328.2A CN201710110328A CN106918844B CN 106918844 B CN106918844 B CN 106918844B CN 201710110328 A CN201710110328 A CN 201710110328A CN 106918844 B CN106918844 B CN 106918844B
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Abstract

本发明涉及一种瞬时浮点放大的磁共振探水信号检测装置及检测方法，由前置放大电路经窄带滤波电路与二级放大电路和模拟开关连接，二级放大电路经高速程控放大电路与A/D转换电路连接，二级放大电路经取包络电路与比较电路连接，模拟开关分别与高速程控放大电路、取包络电路和主控电路连接，主控电路经PC10和A/D转换电路与模拟开关连接构成。本发明通过二级放大电路与高速程控放大电路的级联实现了大动态范围，满足了大幅度变化噪声检测的要求；采用取包络电路可预测输入信号的变换趋势，为增益的调节提供参考；基于瞬时浮点放大的取包络和比较电路实现快速预判、及时调节增益的效果，无需人工操作，提高了工作效率，且有效抑制了放大器饱和。

Description

瞬时浮点放大的磁共振探水信号检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及一种微弱信号检测装置，尤其是一种应用于核磁共振探测地下水系统中具有增益自适应调节功能的磁共振探水信号检测装置和检测方法。
背景技术
核磁共振探测地下水技术是当今能够直接且无损地探测地下水的地球物理方法。由于核磁共振信号微弱，且环境噪声幅度大和突变特性，易导致信号检测放大模块饱和。
CN105785458公开的“地面磁共振信号放大电路的抗饱和装置及抗饱和方法”利用上一次工作采集信号的最大值设置下一次工作时的放大倍数，虽然该方法可以在一定程度上满足工作要求，但不具有实时调节放大倍数的功能，而在一次工作过程中，尤其是在一些噪声突变特别严重的环境下，仍会有放大器饱和现象发生。
CN105974343公开的“具有增益自动调节功能的地面磁共振信号检测装置及检测方法”通过预采样实时判断输入信号的大小，系统自动调节增益防止放大器饱和现象的出现，该方法在复杂环境下也能满足系统有效工作的要求，但由于采用ADC模块作为预采样难以实现增益的快速调节，且该系统的动态范围有限，在噪声幅度变化特别大的情况下，依然存在调节速度慢、动态范围小的局限。
因此，为了提高增益调节速度和检测放大模块的动态范围，设计一种具有高动态范围和增益自适应调节功能的微弱信号检测装置具有重要意义。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种基于瞬时浮点放大技术的磁共振探水信号检测装置和检测方法；
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
瞬时浮点放大磁共振探水信号检测装置，是由前置放大电路1经窄带滤波电路2、二级放大电路3和高速程控放大电路5与A/D转换电路9连接，窄带滤波电路2经模拟开关4、取包络电路6、比较电路7和主控电路8与高速程控放大电路5连接，模拟开关4经主控电路8与A/D转换电路9连接，A/D转换电路9经PC10和主控电路8与模拟开关4连接，二级放大电路3与模拟开关4连接构成。
瞬时浮点放大磁共振探水信号检测装置的检测方法，包括以下步骤：
a、瞬时浮点放大磁共振探水信号检测装置初始化：把接收线圈连接到前置放大电路1上，系统上电后，模拟开关4默认断开，二级放大电路3的有效放大倍数是10倍；
b、二级放大电路3的输出电压判断：主控电路8检测二级放大电路3的输出电压值是否大于1V，若大于1V，主控电路8控制模拟开关4闭合，二级放大电路3短路；否则，维持模拟开关4断开；
c、获取包络信号及比较输出：检测装置完成a、b两步骤后开始磁共振信号的检测，取包络电路6的输入信号，得到该信号的包络，通过比较电路7与预设值比较输出；
d、调节程控增益：比较的结果作为高速程控放大电路5的增益调节指令，按固定频率调节增益，在保证放大器不饱和的同时尽可能地提高放大器增益；
e、触发A/D转换：调节增益完成之后，主控电路8输出一个触发信号，控制A/D转换电路9完成一次模数转换；
f、重复c到e步骤，直至信号检测结束；
g、信号归一化处理：信号采集结束后，主控电路8将每一次的增益码上传到PC10,A/D转换的值除以该增益码，得到前置放大电路1输入端的实际信号值。
有益效果：本发明是通过二级放大电路与高速程控放大电路的级联实现了大动态范围，能够检测大幅度变化噪声的要求；采用取包络电路可预测输入信号的变换趋势，为增益的调节提供参考；瞬时浮点放大的取包络电路和比较电路的设计实现了快速预判和及时调节增益；无需人工操作，提高了工作效率，且有效抑制了放大器饱和。
附图说明
图1为瞬时浮点放大磁共振探水信号检测装置结构框图
图2为瞬时浮点放大磁共振探水信号检测方法流程图
1前置放大电路，2窄带滤波电路，3二级放大电路，4模拟开关，5高速程控放大电路，6取包络电路，7比较电路，8主控电路，9A/D转换电路，10PC。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明：
如图1所示，一种瞬时浮点放大技术的磁共振探水信号检测装置是由前置放大电路1经窄带滤波电路2与二级放大电路3和模拟开关4连接，二级放大电路3经高速程控放大电路5与A/D转换电路9连接，二级放大电路3经取包络电路6与比较电路7连接，二级放大电路3与模拟开关4连接，模拟开关4分别与高速程控放大电路5、取包络电路6和主控电路8连接，取包络电路6经比较电路7与主控电路8连接，主控电路8与A/D转换电路9连接，主控电路8经PC10与A/D转换电路9连接构成。
如图2所示，瞬时浮点放大技术的磁共振探水信号检测方法，包括以下步骤：
a、系统初始化：把接收线圈连接到前置放大电路1上，系统上电后，模拟开关4默认断开，二级放大电路3的有效放大倍数是10倍；
b、二级放大电路的输出电压判断：主控电路8检测二级放大电路的输出电压值是否大于1V，若大于1V，主控电路8控制模拟开关4闭合，二级放大电路3短路；否则，维持模拟开关4断开；
c、获取包络信号及比较输出：检测装置完成a、b两步步骤后开始磁共振信号的检测，取包络电路6的输入信号经过取包络电路6之后，得到该信号的包络，通过比较电路7与预设值比较输出；
d、调节程控增益：比较的结果作为高速程控放大电路5的增益调节指令，按固定频率调节增益，在保证放大器不饱和的同时尽可能地提高放大器增益；
e、触发A/D转换：调节增益完成之后，主控电路8输出一个触发信号，控制A/D转换电路9完成一次模数转换；
f、重复c到e步骤，直至信号检测结束；
g、信号归一化处理：信号采集结束后，主控电路8将每一次的增益码上传到PC10,A/D转换的值除以该增益码，得到前置放大电路1输入端的实际信号值。
实施例1
在长春吉林大学朝阳校区校园草坪上，以25m x 25m接收线圈、感应空间噪声、增益调节速度为50kHz为例，对基于瞬时浮点放大技术的磁共振探水信号检测装置和检测方法的应用进行说明。
具体实施步骤如下：
a、系统初始化：在草坪上铺设25m x 25m接收线圈，把接收线圈连接到前置放大电路1上，上电启动系统工作，二级放大电路3的放大倍数是10倍；
b、二级放大电路的输出电压判断：主控电路8检测二级放大电路的输出电压值大于1V，模拟开关4闭合，二级放大电路3短路；
c、获取包络信号及比较输出：检测装置完成a、b两步步骤后开始磁共振信号的检测，取包络电路6的输入信号经过取包络电路6之后，得到该信号的包络，通过比较电路7与预设值比较输出；
d、调节程控增益：比较的结果作为高速程控放大电路5的增益调节指令，按固定频率调节增益，在保证放大器不饱和的同时尽可能地提高放大器增益；
e、触发A/D转换：调节增益完成之后，主控电路8输出一个触发信号，控制A/D转换电路9完成一次模数转换；
f、重复c到e步骤，直至信号检测结束；
g、信号归一化处理：信号采集结束后，主控电路8将每一次的增益码上传到PC10,A/D转换的值除以该增益码，得到前置放大电路1输入端的实际信号值。
对采样结束后的数据进行分析，256ms采样的12800个点，归一化前的采样值都是都在+-10V以内，没有一个饱和数据，说明该装置和方法有效抑制了放大器饱和现象。由于校园草坪上，市内电力线等干扰噪声较大，所以经过前置放大电路和二级放大电路后，输出电压超过了1V，系统自动闭合了模拟开关，使二级放大器短路，系统的平均增益是8000倍。
实施例2
在长春烧锅镇太平池附近，以收发分离，100m x 100m发射线圈、100m x 100m接收线圈，增益调节速度为50kHz为例，对基于瞬时浮点放大技术的磁共振探水信号检测装置和检测方法的应用进行说明。
具体实施步骤如下：
a、系统初始化：在草坪上铺设100m x 100m发射和接收线圈，把接收线圈连接到前置放大电路1上，上电启动系统工作，二级放大电路3的放大倍数是10倍；
b、二级放大电路的输出电压判断：主控电路8检测二级放大电路的输出电压值小于1V，模拟开关4断开，系统放大倍数增加10倍；
c、获取包络信号及比较输出：检测装置完成a、b两步步骤后开始磁共振信号的检测，取包络电路6的输入信号经过取包络电路6之后，得到该信号的包络，通过比较电路7与预设值比较输出；
d、调节程控增益：比较的结果作为高速程控放大电路5的增益调节指令，按固定频率调节增益，在保证放大器不饱和的同时尽可能地提高放大器增益；
e、触发A/D转换：调节增益完成之后，主控电路8输出一个触发信号，控制A/D转换电路9完成一次模数转换；
f、重复c到e步骤，直至信号检测结束；
g、信号归一化处理：信号采集结束后，主控电路8将每一次的增益码上传到PC10,A/D转换的值除以该增益码，得到前置放大电路1输入端的实际信号值。
对采样结束后的每一个脉冲矩的数据进行分析，归一化前的采样值都是都在+-10V以内，没有一个饱和点，且反演处理后，得到了与钻井数据一样的地下含水层结果，说明该装置和方法抑制了放大器饱和现象，并有效获取了核磁共振探水信号。由于烧锅镇噪声干扰较小，所以经过前置放大电路和二级放大电路后，输出电压小于1V，系统自动断开了模拟开关，使二级放大器有效，系统的平均增益是200000倍。

Claims (2)

1.一种瞬时浮点放大磁共振探水信号检测装置，其特征在于，是由前置放大电路(1)经窄带滤波电路(2)、二级放大电路(3)和高速程控放大电路(5)与A/D转换电路(9)连接，窄带滤波电路(2)经模拟开关(4)、取包络电路(6)、比较电路(7)和主控电路(8)与高速程控放大电路(5)连接，模拟开关(4)经主控电路(8)与A/D转换电路(9)连接，A/D转换电路(9)经PC(10)和主控电路(8)与模拟开关(4)连接，二级放大电路(3)与模拟开关(4)连接构成。
2.按照权利要求1所述的瞬时浮点放大磁共振探水信号检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、瞬时浮点放大磁共振探水信号检测装置初始化：把接收线圈连接到前置放大电路(1)上，系统上电后，模拟开关(4)默认断开，二级放大电路(3)的有效放大倍数是10倍；
b、二级放大电路(3)的输出电压判断：主控电路(8)检测二级放大电路(3)的输出电压值是否大于1V，若大于1V，主控电路(8)控制模拟开关(4)闭合，二级放大电路(3)短路；否则，维持模拟开关(4)断开；
c、获取包络信号及比较输出：检测装置完成a、b两步骤后开始磁共振信号的检测，取包络电路(6)的输入信号经过取包络电路(6)之后，得到该信号的包络，通过比较电路(7)与预设值比较输出；
d、调节程控增益：比较的结果作为高速程控放大电路(5)的增益调节指令，按固定频率调节增益，在保证放大器不饱和的同时尽可能地提高放大器增益；
e、触发A/D转换：调节增益完成之后，主控电路(8)输出一个触发信号，控制A/D转换电路(9)完成一次模数转换；
f、重复c到e步骤，直至信号检测结束；
g、信号归一化处理：信号采集结束后，主控电路(8)将每一次的增益码上传到PC(10),A/D转换的值除以该增益码，得到前置放大电路(1)输入端的实际信号值。
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