[發明專利]提高質子旋進類傳感器調諧精度和信噪比的方法及系統

在審

• 申請號: 201611104938.3
• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN106772648A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 董浩斌;劉歡;葛健;張艷麗
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01V3/40
• 分類號: G01V3/40
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司11212
• 代理人: 楊立,陳振玉

技術領域

本發明涉及質子旋進類傳感器技術領域，特別涉及提高質子旋進類傳感器調諧精度和信噪比的方法及系統。

背景技術

質子旋進類磁力儀是一種用于測量緩慢變化的弱磁場或恒定弱磁場的磁場測量儀器，其傳感器即質子旋進類傳感器為電感元件。測量原理是利用一定的激發條件讓電感所在溶液中的質子處于激活狀態，拆去激發條件后質子會圍繞穩定外磁場即地球磁場做拉莫爾旋進運動，產生FID(Free Induction Decay)信號，其旋進頻率正比于外部磁場；故，利用電感感應FID信號，將其放大、整形并測量出頻率，即可得到外部磁場值。與其他磁場測量技術相比，質子旋進類磁力儀具有高精度、高靈敏度等特點，被廣泛應用與空間探測、近地表探測、海洋探測、地磁場測量、軍事技術等領域。由于FID信號的信噪比是衡量測頻精度的重要因素，因此，為增加傳感器輸出FID信號的信噪比，提高測頻精度，需將可變電容與傳感器并聯，進行調諧，此可變電容即為調諧電容。

目前，絕大多數質子旋進類磁力儀采用的傳感器調諧方案為掃描法、預置電容法、盲目自動跟蹤法和二次測量自動跟蹤調諧法。而所有方法的核心工作原理相同：激發傳感器，切換調諧電容，檢測輸出FID信號的峰值電壓，最大峰值電壓處對應的調諧電容容值就是傳感器的調諧值；唯一不同之處在于檢測峰值電壓的手段。中國專利CN103995298A公布了一種優化選擇質子磁力儀配諧電容的方法，在該專利中，首先確定一個固定的調諧電容容值，然后逐次調節來確定最終調諧電容容值。

現有的質子旋進類磁力儀在傳感器調諧算法的設計上仍存在以下問題：1)調諧速度普遍較慢，大約需幾秒鐘，野外實際測量時，當磁場強度變化較大時，往往需要重新對傳感器進行調諧，給用戶帶來很大的不便。2)由于質子旋進類磁力儀輸出的未配諧FID信號極其微弱，很容易受噪音信號干擾，信噪比較低，一旦儀器處于干擾較大的環境，易出現頻譜分析誤差較大造成“失調”，致使儀器無法正常工作。

發明內容

本發明目的是提供一種提高質子旋進類傳感器調諧精度的方法及系統和一種提高質子旋進類傳感器信噪比的方法及系統，解決現有技術中存在的上述問題。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

一種提高質子旋進類傳感器調諧精度的方法，包括如下步驟：

步驟1，激勵傳感器輸出第一FID信號；

步驟2，激勵完成后等待預設時間，采集所述第一FID信號，生成離散數據；

步驟3，根據所述離散數據構建空間矩陣，并采用SVD(奇異值分解)算法對所述空間矩陣進行奇異值分解以剔除噪聲，獲得重構數據；

步驟4，采用FFT(快速傅氏變換)算法處理所述重構數據，獲取所述第一FID信號頻譜中最大峰值電壓對應的第一頻率值；

步驟5，將所述傳感器的電感值和所述第一頻率值代入LC諧振公式求解第一電容值，并將與所述傳感器并聯的調諧電容的容值由零切換為所述第一電容值。

本發明的有益效果是：采用由SVD算法和FFT算法相結合的方法實現質子旋進類傳感器的調諧，有效克服了現有調諧算法調諧速度慢、干擾環境下調諧精度低、易出現失調現象等缺陷；在減少調諧時間的同時，提高質子旋進類傳感器的調諧精度，可實現寬測量范圍對調諧電容的選擇，提高后期測量信號的信噪比，應用于質子旋進類磁力儀、光泵磁力儀和核磁共振質子旋進FID信號成像儀等依靠質子旋進類傳感器的儀器中，有效提高儀器性能。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，所述步驟3包括如下步驟：

步驟31，根據如下第一公式構建空間矩陣；

所述第一公式如下：

其中，所述D_m為所述空間矩陣，所述{x₁,x₂,x₃…x_n,x_n+1…x_n+m-1}為所述離散數據；

步驟32，采用SVD算法對所述空間矩陣進行奇異值分解以剔除噪聲，獲得重構數據。

進一步，還包括步驟6，再次激勵傳感器輸出第二FID信號，激勵完成后等待預設時間，獲取所述第二FID信號的第二頻率值；將所述傳感器的電感值和所述第二頻率值代入LC諧振公式求解第二電容值，并將所述調諧電容的容值由所述第一電容值切換為所述第二電容值。

采用上述進一步方案的有益效果是：在上述一次調諧的基礎上，進行二次調諧，進一步提高質子旋進類傳感器調諧精度。