实时信噪特征提取的多工作模式核磁信号探测装置及方法
【专利摘要】本发明为一种实时信噪特征提取的多工作模式核磁信号探测装置及方法，利用无线路由器将主控PC机与其他处在同一局域网的检测计算机进行数据共享，无线路由器产生无线局域网，使主控PC机处于此局域网中，检测计算机通过局域网共享主控PC机上存储的数据，采用MRS信号分析软件进行核磁信号的信噪特征分析，提取特征参数，将信噪比等特征参数通过无线局域网反馈给主控PC机，以此作为评判依据判断是否改变仪器系统的工作模式。该方法可以不在探测现场实现几乎与现场采集数据同时的信噪特征分析，主控PC机根据反馈情况判断野外采集到的信号受到环境噪声干扰的严重程度，以提高测量的精度和准确度。
【专利说明】实时信噪特征提取的多工作模式核磁信号探测装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于实时信噪特征提取的多工作模式核磁信号探测装置及方法，利用基于FPGA的核磁信号采集模块指定工作模式下信号的采集，并通过无线路由器将存储数据的主控PC机与其他处在同一局域网的检测计算机共享数据，进行实时信噪特征提取，并反馈给主控PC机选择合适的工作模式，实现多工作模式下核磁共振信号探测的装置和方法。
【背景技术】
[0002]随着全球气候的变迁，世界各地的旱灾情况也在不断的加剧，我国虽然有丰富的地下水资源，但是人均占有水量仅为世界人均占有水量的1/4，成为了世界上人均水资源短缺的国家之一，因而及时地探测并有效利用地下水资源迫在眉睫。基于核磁共振原理对含水体的探测装置在经过多年的研究实践中应运而生，此装置能够对含水体进行直接、有效、无损、准确的探测，现已在全国多地成功的找到了地下水资源，为当地的生产和人民的生活提供了很大的便利。
[0003]虽然核磁共振找水仪能够对含水体进行直接的探测，但一般均是根据经验确定仪器的工作方式(同一线圈探测方式、分离线圈探测方式、参考对消探测方式)和选择相应的参数(叠加次数、阈值参数等)现场采集并存储核磁信号，数据的分析处理后期由专门的工作人员进行。这样在数据采集的同时无法给出数据的实时信噪特征，有时会导致仪器工作方式或相应参数设置不恰当而引起仪器没有合理采集有效数据，甚至在同一工作场地采用不同方式进行多次测量，无疑降低了工作效率，延误了生产进度。
[0004]CN2518116Y公布了一种核磁共振地下水层探测仪，包括信号检测器，其特征在于，该信号检测器的一输入端连接一第一开关，该第一开关的另端串接一变速电阻器，该变速电阻器的另端串接第二和第三两开关，第二开关的另端串接一限流电阻，并依序串接有整流器和发电机，该发电机的另端与信号检测器的另一端连接，其中该第二和第三两开关之间接有一第一电容器，该第一电容器的另端与信号检测器的另一端连接，该第一开关与变速电阻器之间接有一线圈，该线圈的另端与信号检测器的另一端连接，该信号检测器的两端之间有一电容器。该发明采用由电缆围绕成圆形或方形的单匝线圈作为激励和接收线圈，设计了适用于找水的核磁共振探测仪器。
[0005]CN102096111公开的“收发天线分离式核磁共振找水装置及找水方法”，是计算机通过串口与大功率源、发射及控制单元、电流采集单元、选频放大单元、信号采集单元连接，发射及控制单元通过控总线经H桥路与配谐电容、发射线圈和二极管连接构成。该方法实现了将发射天线和接收天线分离，使发射系统和接收系统能够相互独立，简化了整体系统的连接步骤和操作方式，提高了地下水体探测的灵活性。
[0006]CN102053280公开了“一种带有参考线圈的核磁共振地下水探测系统及探测方法”，通过多路A/D采集单元同步采集发射/接收线圈中的核磁共振信号以及参考线圈中噪声信号的全波形数据，通过计算参考线圈采集的噪声信号与核磁共振信号的最大相关性，实现参考线圈最佳位置和数量的布设，在信号和噪声统计特性未知的情况下，采用变步长自适应算法，最大限度对消发射/接收线圈中的相关噪声，实现多场源复杂强噪声干扰下核磁共振信号的提取，该方法能有效地解决村庄附近以及城市周边地区核磁共振探测干扰多、多种干扰噪声数据难以分离的问题，提高了仪器抗干扰性能，为在村庄附近以及城市周边地区寻找地下水提供了一种可靠的探测装置和方法。
[0007]上述三种方法分别采用收发同一线圈直接探测、收发天线分离探测提高探测灵敏度以及强干扰情况下参考线圈对消噪声探测手段，确定选择何种工作模式均是根据操作人员经验，没有理论依据作为指导。如若能够通过对现场数据实时信噪特征的提取来具体确定噪声对信号的影响大小，从而依此分析结果作为评判准则指导仪器确定工作模式和设置相应参数，这就会避免由于工作模式选择不恰当或参数设置不合理引起的探测方案无效，同一探测地点修改工作模式或参数等反复探测事件的发生，造成大量人力、物力和时间的损耗。
【发明内容】
[0008]本发明针对现有技术中存在的由于工作模式选择不恰当或参数设置不合理引起的探测方案无效，同一探测地点修改工作模式或参数等反复探测事件的发生，造成大量人力、物力和时间的损耗的不足，提出了实时信噪特征提取的多工作模式核磁信号探测装置及方法。
[0009]本发明是这样实现的，一种实时信噪特征提取的多工作模式核磁信号探测装置，该装置包括主控PC机1、系统通讯模块2、核磁信号采集模块3、发射模块5、线圈4、无线路由器6以及多台检测计算机，主控PC机I经系统通讯模块2选择默认的系统工作模式为收发同一线圈模式，并配置参数设置；主控PC机I经发射模块5和线圈4，分别发射5个脉冲矩，启动核磁信号采集模块3采集信号；无线路由器6产生无线局域网，多台检测计算机通过局域网共享主控PC机I上存储的数据，使用多台检测计算机内MRS信号分析软件进行核磁信号的信噪特征分析，进而提取特征参数，将此特征参数通过无线局域网反馈给主控PC机I ;主控PC机I以此反馈的信噪比以及噪声类型修改系统工作模式，选择采用收发同一线圈模式，收发分离线圈模式，带参考线圈模式三种模式中的一种，并根据所选择的工作模式配置参数设置，在正常16个脉冲矩下启动核磁信号采集模块8采集信号，完成对地下水的精细有效探测。
[0010]进一步地，所述的核磁信号采集模块3包括:与主控PC机通讯连接的FPGA控制电路14，FPGA控制电路14连接模式切换模块7，通过模式切换模块7选择不同的线圈工作模式；还包括依次连接的配谐电路8、前置低噪声放大电路9、窄带滤波器10、程控放大电路
11、模数转换电路12，通过模数转换电路12连接在FPGA控制电路14的输入端，将采集的信号经过处理后通过FPGA控制电路14传递至主控PC机，FPGA控制电路14通过一中心频率控制模块13与窄带滤波器10连接，对窄带滤波器10的中心频率进行控制；FPGA控制电路14与程控放大电路11连接，对程控放大电路11的放大倍数进行控制。
[0011]本发明还提供一种多工作模式核磁信号探测装置的检测方法，该方法包括如下步骤:
[0012]a.选定场地，先选择默认系统工作模式为收发同一线圈模式；[0013]b.测出当地的地磁场值，由主控PC机I控制软件上的参数计算中的“地磁场一拉摩尔频率转化模块”计算出拉摩尔频率；测量并计算线圈4及配谐电路(8)的值；
[0014]c.主控PC机I经系统通讯模块2和选定的系统工作模式进行配置参数设置，包括叠加次数、放大器的品质因数Q、阈值、激发时长、激发频率、能释时长、切换时长、采集时长、电感、配谐电容及脉冲矩；
[0015]d.在主控PC机I控制软件上配置参数设置完毕，由主控PC机I向发射模块5及线圈4发出指令，发射大功率交变脉冲，同时启动核磁信号采集模块3，开始核磁信号的采集;
[0016]e.核磁信号采集模块3采集信号结束，将数据存储在主控PC机I指定位置；
[0017]f.无线路由器6通过网络设置产生无线局域网，将主控PC机I和多台检测计算机置于此无线局域网中，使它们处于可相互共享数据状态；
[0018]g.多台检测计算机实时共享主控PC机I上存储的核磁信号数据，并将此数据导入MRS信号分析软件，实时进行信噪特征提取，提取信噪比和噪声类型等特征参数；
[0019]h.特征参数经无线局域网反馈给主控PC机1，以此作为评判准则选择系统工作模式以及进行配置参数设置，采用16个脉冲矩进行高效精细的核磁共振信号测量。
[0020]进一步地，信噪特征提取方法包括以下步骤:
[0021]I)、采用t分布检验方法，将幅度较大的尖峰噪声信号当做坏值点进行剔除，在时域实现含噪核磁共振探测信号中尖峰噪声的分离，并计算尖峰噪声所占比，若尖峰噪声所占比>70%，则根据步骤2)重新选择工作模式之后，降低配置参数中的阈值数值；若尖峰噪声所占比〈30%，则根据步骤2)重新选择工作模式之后，无需修改配置参数中的阈值数值；
[0022]2)、对剔除尖峰噪声后的含噪核磁共振探测信号进行频谱分析，在频域进行信噪比SNR的计算，若SNR〈0dB，则反馈给主控PC机信息使之选择带参考线圈模式，并且设置配置参数中放大器的品质因素Q = 15，叠加次数N选择32-48次；若0〈SNR〈6dB，则反馈给主控PC机信息使之选择收发分离线圈模式，并且设置配置参数中放大器的品质因素Q = 15，叠加次数N选择32次；若SNR>6dB，则反馈给主控PC机信息使之选择收发同一线圈4模式，并且设置配置参数中放大器的品质因素Q = 10，叠加次数N选择16-24次。
[0023]本发明与现有技术相比，有益效果在于:本发明采用基于FPGA的核磁共振信号采集模块并基于实时提取特征参数的方法实现了多种工作模式下核磁共振探测信号的采集。具体是利用无线路由器在可允许距离的同一局域网内多台检测计算机共享主控PC机采集的核磁信号，采用MRS信号分析软件及特定算法多人同时实现对现场数据的实时信噪特征分析，提取特征参数，以此判断野外现场信号和噪声分布情况，将分析结果反馈给主控PC机，操作人员以此为依据实现对系统最佳工作模式的选择和相应配置参数设置。采用本发明技术可以避免系统工作模式或配置参数选择不当而引起的工作效率的降低，能够大大的提高探测的精度和准确度，有效地缩短工程时间。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本发明实施例提供的设备结构示意图；
[0025]图2是附图1中核磁信号采集模块的结构框图；
[0026]I主控PC机，2系统通讯模块，3核磁信号采集模块，4线圈，5发射模块，6无线路由器，7模式切换，8配谐电路，9前置低噪声放大电路，10窄带滤波器，11程控放大电路，12模数转换电路，13中心频率控制模块，，14FPGA控制电路，30、31、3N检测计算机。
【具体实施方式】
[0027]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0028]如图1所示，基于实时信噪特征提取的多工作模式核磁信号探测装置，该装置包括主控PC机1、系统通讯模块2、核磁信号采集模块3、线圈4、无线路由器6以及多台检测计算机30、31……3N，其中，主控PC机I通过系统通讯模块2与核磁信号采集模块3通过数据线连接，核磁信号采集模块3的采集端连接线圈4 ;设置无线路由器6将主控PC机I以及多台检测计算机之间形成网络连接，主控PC机I经系统通讯模块2选择默认的系统工作模式(收发同一线圈模式)，并配置参数设置；主控PC机I经发射模块5和线圈4，分别发射5个脉冲矩，启动核磁信号采集模 块3采集信号。无线路由器6产生无线局域网，检测计算机30、31……3N通过局域网共享主控PC机I上存储的数据，使用MRS信号分析软件进行核磁信号的信噪特征分析，进而提取特征参数，将此特征参数通过无线局域网反馈给主控PC机I。主控PC机I以此反馈的信噪比以及噪声类型修改系统工作模式，选择采用收发同一线圈模式，收发分离线圈模式，带参考线圈模式三种模式中的一种，并配置参数设置，在正常16个脉冲矩下启动核磁信号采集模块8采集信号，完成对地下水的精细有效探测。
[0029]如图2所示，核磁信号采集模块3包括:与主控PC机I通讯连接的FPGA控制电路14，FPGA控制电路14连接模式切换模块7，通过模式切换模块7选择不同的线圈工作模式；还包括依次连接的配谐电路8、前置低噪声放大电路9、窄带滤波器10、程控放大电路11、模数转换电路12，通过模数转换电路12连接在FPGA控制电路14的输入端，将采集的信号经过处理后通过FPGA控制电路14传递至主控PC机1，FPGA控制电路14通过一中心频率控制电路13与窄带滤波器10连接，对窄带滤波器10的中心频率进行控制；FPGA控制电路14与程控放大电路11连接，对程控放大电路11的放大倍数进行控制。
[0030]具体工作过程是:
[0031]基于实时信噪特征提取的多工作模式核磁信号探测装置的操作控制由主控PC机I负责。首先选定默认的系统工作模式:收发同一线圈模式，主控PC机I在其控制软件上进行配置参数设置，此参数包括:叠加次数、放大器的品质因数Q、阈值、激发时长、激发频率、能释时长、切换时长、采集时长、电感、配谐电容及脉冲矩个数及大小等，在探测中一般选定激发时长为T = 40ms。设置主控脉冲矩序列从小到大排列，脉冲矩的个数设置为5个:400.0,1601.0,3044.0,6633.0,10000.0Ams,以便快速实现地下150m深度信号和噪声特性的粗测；其中脉冲矩是发射电流值和发射时间的乘积，即计算公式:Q = I*T。脉冲矩越大发射电流越大，探测深度越深，通过依次改变脉冲矩来改变发射电流，从而完成对地下的由浅到深的分层探测工作。主控PC机I通过系统通讯模块2向核磁信号采集模块3下达启动指令，同时主控PC机I控制发射模块5，经线圈4分别发射5个脉冲矩，激发地下水中氢质子，核磁信号采集模块3开始工作。
[0032]FPGA控制电路14通过主控PC机I下载控制字，对中心频率控制模块13、程控放大电路11、模数转换电路12进行控制，同时，FPGA控制电路14读取主控PC机I中的配置参数设置控制模式切换模块7。线圈4及配谐电路5不断发射大功率交变脉冲，以激发地下氢质子。大电流发射结束一段时间后，线圈4及配谐电路8开始接收氢质子产生的核磁共振信号。接收到的核磁共振信号经过前置低噪声放大电路9得到初步放大。将初步放大后的信号经过窄带滤波器10进行滤波以及程控放大电路11进行放大，以便达到模数转换电路12能够识别的幅度。其中，窄带滤波器10由中心频率控制模块13触发工作，程控放大电路11由FPGA控制电路14控制字决定信号放大倍数。经程控放大后的信号通过模数转换电路14量化成数字量，由FPGA控制电路14采集并存储核磁共振信号。主控PC机I读取存储在FPGA控制电路14中的信号，并将数据存储到指定位置，从而完成核磁共振信号的米集。
[0033]在核磁共振信号采集的同时，设置无线路由器6产生无线局域网，使主控PC机I和检测计算机30、31……3N处于此无线局域网中，检测计算机30、31……3N通过局域网共享主控PC机I上存储的核磁信号数据，采用MRS信号分析软件，使用t分布检验算法对该核磁信号数据进行特征分析，剔除幅度较大的尖峰噪声信号，并计算尖峰噪声所占比值。对剔除尖峰噪声后的含噪核磁共振探测信号进行频谱分析，计算信噪比。尖峰噪声所占比值以及采集信号的信噪比(SNR)等为所提取的特征参数，将此特征参数通过无线局域网反馈给主控PC机I，确定是否修改系统工作模式选择、阈值、放大器品质因数Q和叠加次数等配置参数，从而及时为后续的探测工作提供理论依据。
[0034]基于实时信噪特征提取的多工作模式核磁信号探测方法，包括以下顺序和步骤:
[0035]a.选定实验场地，先选择默认系统工作模式为收发同一线圈模式；
[0036]b.测出当地的地磁场值，由主控PC机I控制软件上的参数计算模块中的“地磁场一拉摩尔频率转化模块”计算出拉摩尔频率；测量并计算线圈4及配谐电路8的值；
[0037]c.主控PC机I经系统通讯模块2和选定的系统工作模式选择进行配置参数设置，包括叠加次数、放大器的品质因数Q、阈值、激发时长、激发频率、能释时长、切换时长、采集时长、电感、配谐电容及脉冲矩(5个)等参数值；
[0038]d.在主控PC机I控制软件上配置参数设置完毕，由主控PC机I向发射模块5及线圈4发出指令，发射大功率交变脉冲，同时启动核磁信号采集模块3，开始核磁信号的采集;
[0039]e.核磁信号采集 模块3采集信号结束，将数据存储在主控PC机I指定位置；
[0040]f.无线路由器6通过网络设置产生无线局域网，将主控PC机I和检测计算机30、31……3N置于此无线局域网中，使它们处于可相互共享数据状态；
[0041]g.检测计算机30、31……3N实时共享主控PC机I上存储的核磁信号数据，并将此数据导入MRS信号分析软件，实时进行信噪特征提取，提取信噪比和噪声类型等特征参数；
[0042]h.特征参数经无线局域网反馈给主控PC机I操作人员，以此作为评判准则选择更恰当的系统工作模式选择(收发同一线圈，收发分离线圈，带参考线圈三种模式中的一种)以及进行合适的配置参数设置，采用16个脉冲矩(400.0、563.0、611.0、749.0、926.0、1122.0,1601.0,2117.0,2508.0,3044.0,3658.0,4435.0,5551.0,6633.0,7800.0,9000.0、10000.0、10200.0Ams)进行测量，以便更精细的实现对地下水的有效探测。
[0043]实施例1[0044]主控PC机I经系统通讯模块2选择默认的系统工作模式:收发同一线圈4模式，并按照选择的工作方式进行配置参数设置；主控PC机I经发射模块5和线圈4，发射大功率交变脉冲，同时启动核磁信号采集模块3采集信号。无线路由器11产生无线局域网，使主控PC机I和检测计算机30,31……3N处于此局域网中，检测计算机30,31……3N通过局域网共享主控PC机I上存储的数据，使用MRS信号分析软件进行核磁信号的信噪特征分析，进而提取特征参数，将此特征参数通过无线局域网反馈给主控PC机I。
[0045]基于实时信噪特征提取的多工作模式核磁信号探测方法，包括以下顺序和步骤:
[0046]a.选定实验场地，选择默认系统工作模式为收发同一线圈模式；即在核磁信号采集模块3中的线圈4在发射大电流和接收核磁信号时采用同一线圈；
[0047]b.测出当地的地磁场值，由主控PC机I控制软件上的参数计算模块中的“地磁场一拉摩尔频率转化模块”计算出拉摩尔频率；测量并计算线圈4及配谐电路8的值；
[0048]c.主控PC机I经系统通讯模块2，根据收发同一线圈模式进行配置参数设置，包括叠加次数、放大器的品质因数Q、阈值、激发时长、激发频率、能释时长、切换时长、采集时长、电感、配谐电容及脉冲矩(5个)等参数值；
[0049]d.在主控PC机I控制软件上配置参数设置完毕，由主控PC机I向发射模块5及线圈4发出指令，发射大功率交变脉冲，同时启动核磁信号采集模块3，开始核磁信号的采集;
[0050]e.核磁信号采集模块8采集信号结束，将数据存储在主控PC机I指定位置；
[0051]f.无线路由器6通过网络设置产生无线局域网，将主控PC机I和检测计算机30、31……3N置于此无线局域网中，使它们处于可相互共享数据状态；
[0052]g.检测计算机30、31……3N实时共享主控PC机I上存储的核磁信号数据，并将此数据上传至MRS信号分析软件实时进行信噪特征分析，提取特征参数，此特征参数包括信噪比(SNR)、噪声类型及含量等；
[0053]h.特征参数经无线局域网反馈给主控PC机I操作人员，若信噪比(SNR)在SNR>6dB的范围内，则可立即判断该地区适合采用收发同一线圈模式的工作方式，本实施例中0〈SNR〈6dB，则采用收发分离式线圈模式的工作方式。根据现场实时反馈的特征参数确定无需改变现有的系统工作模式，进行合适的配置参数设置，采用16个脉冲矩以便更精细的实现对地下水的有效探测。
[0054]实施例2
[0055]主控PC机I经系统通讯模块2选择默认的系统工作模式:收发同一线圈模式，并按照选择的工作方式进行配置参数设置；主控PC机I经发射模块5和线圈4，发射大功率交变脉冲，同时启动核磁信号采集模块3采集信号。无线路由器6产生无线局域网，使主控PC机I和检测计算机30、31……3N处于此局域网中，检测计算机30、31……3N通过局域网共享主控PC机I上存储的数据，使用MRS信号分析软件进行核磁信号的信噪特征分析，进而提取特征参数，将此特征参数通过无线局域网反馈给主控PC机I。
[0056]基于实时信噪特征提取的多工作模式核磁信号探测方法，包括以下顺序和步骤:
[0057]a.选定实验场地，选择默认系统工作模式为收发同一线圈模式；即在核磁信号采集模块3中的线圈4在发射大电流和接收核磁信号时采用同一线圈；
[0058]b.测出当地的地磁场值，由主控PC机I控制软件上的参数计算模块中的“地磁场一拉摩尔频率转化模块”计算出拉摩尔频率；测量并计算线圈4及配谐电路8的值；
[0059]c.主控PC机I经系统通讯模块2，根据收发同一线圈模式4进行配置参数设置，包括叠加次数、放大器的品质因数Q、阈值、激发时长、激发频率、能释时长、切换时长、采集时长、电感、配谐电容及脉冲矩(5个)等参数值；
[0060]d.在主控PC机I控制软件上配置参数设置完毕，由主控PC机I向发射模块5及线圈4发出指令，发射大功率交变脉冲，同时启动核磁信号采集模块3，开始核磁信号的采集;
[0061]e.核磁信号采集模块3采集信号结束，将数据存储在主控PC机I指定位置；
[0062]f.无线路由器6通过网络设置产生无线局域网，将主控PC机I和检测计算机30、31……3N置于此无线局域网中，使它们处于可相互共享数据状态；
[0063]g.检测计算机30、31……3N实时共享主控PC机I上存储的核磁信号数据，并将此数据上传至MRS信号分析软件实时进行信噪特征分析，提取特征参数，此特征参数包括信噪比(SNR)、噪声类型及含量等；
[0064]h.特征参数经无线局域网反馈给主控PC机I操作人员，若信噪比(SNR)在SNR>6dB的范围内，则可立即判断该地区适合采用收发同一线圈模式的工作方式，本实施例中；SNR〈0dB，则采用带参考线圈模式的工作方式。根据现场实时反馈的特征参数选择更恰当的系统工作模式选择，铺设接收线圈以及进行合适的配置参数设置，采用16个脉冲矩以便更精细的实现对地下水的有效探测。 [0065]实施例3
[0066]主控PC机I经系统通讯模块2选择默认的系统工作模式:收发同一线圈模式，并按照选择的工作方式进行配置参数设置；主控PC机I经发射模块5和线圈4，发射大功率交变脉冲，同时启动核磁信号采集模块3采集信号。无线路由器6产生无线局域网，使主控PC机I和检测计算机30、31……3N处于此局域网中，检测计算机30、31……3N通过局域网共享主控PC机I上存储的数据，使用MRS信号分析软件进行核磁信号的信噪特征分析，进而提取特征参数，将此特征参数通过无线局域网反馈给主控PC机I。
[0067]基于实时信噪特征提取的多工作模式核磁信号探测方法，包括以下顺序和步骤:
[0068]a.选定实验场地，选择默认系统工作模式为收发同一线圈模式；即在核磁信号采集模块3中的线圈4在发射大电流和接收核磁信号时采用同一线圈；
[0069]b.测出当地的地磁场值，由主控PC机I控制软件上的参数计算模块中的“地磁场一拉摩尔频率转化模块”计算出拉摩尔频率；测量并计算线圈4及配谐电路8的值；
[0070]c.主控PC机I经系统通讯模块2，根据收发同一线圈模式进行配置参数设置，包括叠加次数、放大器的品质因数Q、阈值、激发时长、激发频率、能释时长、切换时长、采集时长、电感、配谐电容及脉冲矩(5个)等参数值；
[0071]d.在主控PC机I控制软件上配置参数设置完毕，由主控PC机I向发射模块5及线圈4发出指令，发射大功率交变脉冲，同时启动核磁信号采集模块3，开始核磁信号的采集;
[0072]e.核磁信号采集模块3采集信号结束，将数据存储在主控PC机I指定位置；
[0073]f.无线路由器6通过网络设置产生无线局域网，将主控PC机I和检测计算机30、31……3N置于此无线局域网中，使它们处于可相互共享数据状态；[0074]g.检测计算机30、31……3N实时共享主控PC机I上存储的核磁信号数据，并将此数据上传至MRS信号分析软件实时进行信噪特征分析，提取特征参数，此特征参数包括信噪比(SNR)、噪声类型及含量等；
[0075]h.特征参数经无线局域网反馈给主控PC机I操作人员，若信噪比(SNR)在SNR>6dB的范围内，则可立即判断该地区适合采用收发同一线圈模式的工作方式。根据现场实时反馈的特征参数选择更恰当的系统工作模式，铺设一个或多个参考线圈并配以多套如图2所示的由FPGA控制的信号采集系统，以及进行合适的配置参数设置，采用16个脉冲矩以便更精细的实现对地下水的有效探测。
[0076]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作 的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种实时信噪特征提取的多工作模式核磁信号探测装置，其特征在于，该装置包括主控PC机(I)、系统通讯模块(2)、核磁信号采集模块(3)、发射模块(5)、线圈(4)、无线路由器(6)以及多台检测计算机，主控PC机(I)经系统通讯模块(2)选择默认的系统工作模式为收发同一线圈模式，并配置参数设置；主控PC机(I)经发射模块(5)和线圈(4)，分别发射5个脉冲矩，启动核磁信号采集模块(3)采集信号；无线路由器(6)产生无线局域网，多台检测计算机通过局域网共享主控PC机(I)上存储的数据，使用多台检测计算机内MRS信号分析软件进行核磁信号的信噪特征分析，进而提取特征参数，将此特征参数通过无线局域网反馈给主控PC机(I);主控PC机(I)以此反馈的信噪比以及噪声类型修改系统工作模式，选择采用收发同一线圈模式，收发分离线圈模式，带参考线圈模式三种模式中的一种，并根据所选择的工作模式配置参数设置，在正常16个脉冲矩下启动核磁信号采集模块(8)采集信号，完成对地下水的精细有效探测。
2.按照权利要求1所述的实时信噪特征提取的多工作模式核磁信号探测装置，其特征在于，所述的核磁信号采集模块(3)包括:与主控PC机通讯连接的FPGA控制电路(14)，FPGA控制电路(14)连接模式切换模块(7)，通过模式切换模块(7)选择不同的线圈工作模式；还包括依次连接的配谐电路(8)、前置低噪声放大电路(9)、窄带滤波器(10)、程控放大电路(11)、模数转换电路(12)，通过模数转换电路(12)连接在FPGA控制电路(14)的输入端，将采集的信号经过处理后通过FPGA控制电(14)传递至主控PC机，FPGA控制电路(14)通过一中心频率控制模块(13)与窄带滤波器(10)连接，对窄带滤波器(10)的中心频率进行控制；FPGA控制电路(14)与程控放大电路(11)连接，对程控放大电路(11)的放大倍数进行控制。
3.按照权利要求1所述的多工作模式核磁信号探测装置的检测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: a.选定场地，先选择默认系统工作模式为收发同一线圈模式； b.测出当地的地磁场值，由主控PC机(I)控制软件上的参数计算中的“地磁场一拉摩尔频率转化模块”计算出拉摩尔频率；测量并计算线圈(4)及配谐电路(8)的值； c.主控PC机(I)经系统通讯模块(2)和选定的系统工作模式进行配置参数设置，包括叠加次数、放大器的品质因数Q、阈值、激发时长、激发频率、能释时长、切换时长、采集时长、电感、配谐电容及脉冲矩； d.在主控PC机(I)控制软件上配置参数设置完毕，由主控PC机(I)向发射模块(5)及线圈(4)发出指令，发射大功率交变脉冲，同时启动核磁信号采集模块(3)，开始核磁信号的采集； e.核磁信号采集模块(3)采集信号结束，将数据存储在主控PC机(I)指定位置； f.无线路由器(6)通过网络设置产生无线局域网，将主控PC机(I)和多台检测计算机置于此无线局域网中，使它们处于可相互共享数据状态； g.多台检测计算机实时共享主控PC机(I)上存储的核磁信号数据，并将此数据导入MRS信号分析软件，实时进行信噪特征提取，提取信噪比和噪声类型等特征参数； h.特征参数经无线局域网反馈给主控PC机(I)，以此作为评判准则选择系统工作模式以及进行配置参数设置，采用16个脉冲矩进行高效精细的核磁共振信号测量。
4.按照权利要求3所述的多工作模式核磁信号探测方法，其特征在于，信噪特征提取方法包括以下步骤: 1)、采用t分布检验方法，将幅度较大的尖峰噪声信号当做坏值点进行剔除，在时域实现含噪核磁共振探测信号中尖峰噪声的分离，并计算尖峰噪声所占比，若尖峰噪声所占比>70%，则根据步骤2)重新选择工作模式之后，降低配置参数中的阈值数值；若尖峰噪声所占比〈30%，则根据步骤2)重新选择工作模式之后，无需修改配置参数中的阈值数值； 2)、对剔除尖峰噪声后的含噪核磁共振探测信号进行频谱分析，在频域进行信噪比SNR的计算，若SNR〈0dB，则反 馈给主控PC机信息使之选择带参考线圈模式，并且设置配置参数中放大器的品质因素Q= 15，叠加次数N选择32-48次；若0〈SNR〈6dB，则反馈给主控PC机信息使之选择收发分离线圈模式，并且设置配置参数中放大器的品质因素Q = 15，叠加次数N选择32次；若SNR>6dB，则反馈给主控PC机信息使之选择收发同一线圈4模式，并且设置配置参数中放大器的品质因素Q = 10，叠加次数N选择16-24次。
【文档编号】G01V3/14GK103984032SQ201410175126
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】田宝凤, 周媛媛, 易晓峰, 王悦, 訾彦勇, 曹桂欣 申请人:吉林大学