抗饱和高增益自适应抵消型地面核磁共振信号放大装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种地面核磁共振信号调理及数据采集装置，具体涉及一种有效防止 放大器饱和的高增益和带有参考线圈实时自适应噪声抵消功能的信号放大装置。
【背景技术】
[0002] 探测地下淡水资源的方法有很多种，地面核磁共振技术（MRS)是近些年来国际上 开发出一种新的地球物理直接探测地下水的方法。与传统的地球物理间接探测地下水的 方法相比，地面核磁共振技术具有直接非侵害性，高分辨力、高效率、信息量丰富和解唯一 等优点，不打钻就能够确定出含水层的深度、厚度、含水率、含水层平均孔隙度，且完成一个 核磁共振测点的费用小，是一种极具发展前景的新技术。目前，除了在国际上很多国家和地 区，地面核磁共振技术在我国北方干旱、半干旱地区以及西南丘陵和岩溶地区寻找地下水 以及高效廉价地评价地下水资源等领域获得了广泛应用。
[0003] 地面核磁共振地下水探测信号一般为纳伏级（10 9V)的信号，极其微弱，而且地面 核磁共振探测仪器在接收核磁共振信号的同时不可避免地接收到很强的环境噪声，从而使 信号的信噪比过低，导致对地下水的估计产生较大偏差。目前使用的信号放大器增益较高， 在强噪声环境下容易饱和，使得采集的信号严重失真，不能提取有效信息。为了防止放大器 饱和，只能减小放大器的增益，而信号不能得到有效放大，低于采集系统的分辨率。这时，即 使采用多种数字信号处理方法（如数字滤波、自适应噪声抵消和数字平均等），也只能降低 噪声，不能提取有效信号。
[0004]CN102053280A公开了一种带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和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，在核磁共振信号和环境噪声统计特性未知的情况下，采用 变步长自适应最小均方算法进行噪声对消，实现从复杂环境噪声中提取核磁共振信号。该 发明的优点是：在一定程度上实现了多场源噪声干扰下核磁共振信号的提取，有效地解决 了村庄附件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。但是此发明只能在采集完所有数据后才能进行数据自适应消噪， 如果环境噪声较大，放大器增益较大时，信号饱和失真；放大器增益较小时，信号低于A/D 的分辨率，不能有效采集。这两种情况利用参考线圈进行自适应噪声对消也不能有效获取 地面核磁共振信号。
[0005]CN204272030U公开了一种找水仪的放大器模块，该核磁共振仪器的放大器模块能 够自动调整配谐电容的容值来使中心频率更加准确，用放大器并联进一步降低放大器本底 噪声，用低通滤波器和高通滤波器串联构成带通滤波器，截止频率为I. 5K~3K，通带内增 益平坦，有更低的矩形系数，通过二级放大器和程控放大器使该放大器具有更大的动态范 围，放大倍数为2000~320000倍，具有自动调节功能，放大倍数计算准确，适应更加复杂的 噪声环境。此放大器模块虽然能够防止放大器饱和，但是当环境噪声强度远大于核磁共振 信号强度时，经过前置放大器和带通滤波器放大后的信号，直接对其进行放大，容易导致二 级放大器和程控放大器饱和，如果减小放大器放大倍数，导致有效的地面核磁共振信号不 能有效放大，不易被采集。
[0006] 因此，需要发明一种抗饱和高增益带有多参考线圈并能够实时进行自适应抵消型 噪声抵消的放大装置，最大限度地从强环境噪声中提取有用的地面核磁共振信号。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种抗饱和高增益自适应抵消型地面核磁 共振信号放大装置，以解决探测点附近存在多种噪声源干扰下地面核磁共振信号有效提取 的问题。
[0008] 本发明是这样实现的，抗饱和高增益自适应抵消型地面核磁共振信号放大装置， 包括至少一个主信号接收线圈接收信号源产生的地面核磁共振信号和噪声源产生的噪声 信号的叠加、至少一个参考线圈接收噪声源产生的环境噪声以及接收信号并处理信号的地 面核磁共振仪器，地面核磁共振仪器包含至少一个主信号通道用于采集地面核磁共振信 号，和至少一个参考信号通道用于接收环境噪声，
[0009] 主信号接收线圈的信号经过主信号通道后经过前置放大器放大、带通滤波器滤波 分为两路，一路进入一相减器，一路经模数转换器转换为数字量进入一自适应抵消器；
[0010] 参考线圈的信号经过经参考信号通道后经过前置放大器放大、带通滤波器滤波后 经模数转换器转换为数字量进入自适应抵消器；
[0011] 自适应抵消器的相对应主信号通道的输出为环境噪声分量，经过数模转换器转换 成模拟量后至对应的主信号通道的相减器，相减器抵消掉主通道数据中的环境噪声分量， 再通过末级放大器进行高增益放大，获得地面核磁共振信号。
[0012] 本发明进一步地，参考信号通道数据经过自适应抵消器的参数可调数字滤波器产 生输出信号经过叠加后，将其与主信号通道数据进行比较，形成该主信号通道数据的误差 信号，通过采用自适应算法对参数可调滤波器参数进行调整，经过反复迭代，最终使得误差 信号的均方值最小，使其输出的参考信号不断逼近环境噪声。
[0013] 本发明进一步地，误差信号通过变步长自适应最小均方LMS算法对参数可调数字 滤波器的参数进行调整。
[0014] 本发明进一步地，当采用多个参考线圈时，每路参考信号通道对应与接收线圈数 目相同的参数可调数字滤波器。
[0015] 本发明进一步地，设置一个主信号接收线圈，至少一个参考线圈。
[0016] 本发明进一步地，设置至少一个主信号接收线圈和一个参考线圈。
[0017] 本发明与现有技术相比，有益效果在于：在强噪声环境下，主探测线圈接收到的信 号经过前置放大和带通滤波器后，由于通带内的环境噪声仍然较多，如果直接对信号进行 放大，容易使后级放大器饱和。而采用多个参考线圈实现对探测点附近多种环境噪声的采 集，在信号和噪声未知的情况下，采用自适应抵消算法，自适应跟踪学习主探测线圈中的噪 声，在主探测线圈中以模拟量的形式减掉，可以有效地滤除相关的环境噪声后，再进行高增 益的放大，能够防止末级放大器饱和，同时满足数据采集系统的分辨率要求。
【附图说明】
[0018] 图1一个主信号接收线圈和多个参考线圈铺设图；
[0019] 图2参考通道实时噪声抵消系统的示意图；
[0020] 图3自适应抵消器内部结构图；
[0021] 图4 一个主信号通道和三个参考信号通道噪声实时抵消系统的示意图；
[0022] 图5 -个主信号通道和三个参考信号通道自适应抵消器内部结构图；
[0023] 图6三个主信号接收线圈和一个参考线圈铺设图；
[0024] 图7三个主信号通道和一个参考信号通道噪声实时抵消系统的示意图；
[0025] 图8三个主信号通道和一个参考信号通道自适应抵消器内部结构图；
[0026] 图9一个主信号通道和三个参考信号通道噪声实时抵消系统的效果图；
[0027] 图10三个主信号通道和一个参考信号通道噪声实时抵消系统的效果图。
【具体实施方式】
[0028] 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。
[0029] 参见图1、图2和图3所示，抗饱和高增益自适应抵消型地面核磁共振信号放大装 置的附近为电力线路2,由主信号接收线圈10、参考线圈（20、30、M)和地面核磁共振仪器1 组成。主信号接收线圈接收的信号为信号源产生的地面核磁共振信号S(t)和噪声源产生 的白噪声和工频噪声信号N(t)的叠加S(t)+N(t)，参考线圈接收的信号为噪声源产生的环 境噪声Njt) (m= 1，2, 3......M)。参见图2,主信号接收线圈10与参考线圈（20、30、M)分 别与地面核磁共振仪器1的前置放大器（11、21、31、M1)连接，再分别经过带通滤波器（12、 22、32、M2)，与模数转换器（13、23、33、M3)连接，将接收信号转换成数字量d[n]和Xni [n](m =1，2. ..M)，进入自适应抵消器14中，自适应抵消器14输出至数模