[发明专利]提高质子旋进类传感器调谐精度和信噪比的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及质子旋进类传感器技术领域，特别涉及提高质子旋进类传感器调谐精度和信噪比的方法及系统。

背景技术

质子旋进类磁力仪是一种用于测量缓慢变化的弱磁场或恒定弱磁场的磁场测量仪器，其传感器即质子旋进类传感器为电感元件。测量原理是利用一定的激发条件让电感所在溶液中的质子处于激活状态，拆去激发条件后质子会围绕稳定外磁场即地球磁场做拉莫尔旋进运动，产生FID(Free Induction Decay)信号，其旋进频率正比于外部磁场；故，利用电感感应FID信号，将其放大、整形并测量出频率，即可得到外部磁场值。与其他磁场测量技术相比，质子旋进类磁力仪具有高精度、高灵敏度等特点，被广泛应用与空间探测、近地表探测、海洋探测、地磁场测量、军事技术等领域。由于FID信号的信噪比是衡量测频精度的重要因素，因此，为增加传感器输出FID信号的信噪比，提高测频精度，需将可变电容与传感器并联，进行调谐，此可变电容即为调谐电容。

目前，绝大多数质子旋进类磁力仪采用的传感器调谐方案为扫描法、预置电容法、盲目自动跟踪法和二次测量自动跟踪调谐法。而所有方法的核心工作原理相同：激发传感器，切换调谐电容，检测输出FID信号的峰值电压，最大峰值电压处对应的调谐电容容值就是传感器的调谐值；唯一不同之处在于检测峰值电压的手段。中国专利CN103995298A公布了一种优化选择质子磁力仪配谐电容的方法，在该专利中，首先确定一个固定的调谐电容容值，然后逐次调节来确定最终调谐电容容值。

现有的质子旋进类磁力仪在传感器调谐算法的设计上仍存在以下问题：1)调谐速度普遍较慢，大约需几秒钟，野外实际测量时，当磁场强度变化较大时，往往需要重新对传感器进行调谐，给用户带来很大的不便。2)由于质子旋进类磁力仪输出的未配谐FID信号极其微弱，很容易受噪音信号干扰，信噪比较低，一旦仪器处于干扰较大的环境，易出现频谱分析误差较大造成“失调”，致使仪器无法正常工作。

发明内容

本发明目的是提供一种提高质子旋进类传感器调谐精度的方法及系统和一种提高质子旋进类传感器信噪比的方法及系统，解决现有技术中存在的上述问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种提高质子旋进类传感器调谐精度的方法，包括如下步骤：

步骤1，激励传感器输出第一FID信号；

步骤2，激励完成后等待预设时间，采集所述第一FID信号，生成离散数据；

步骤3，根据所述离散数据构建空间矩阵，并采用SVD(奇异值分解)算法对所述空间矩阵进行奇异值分解以剔除噪声，获得重构数据；

步骤4，采用FFT(快速傅氏变换)算法处理所述重构数据，获取所述第一FID信号频谱中最大峰值电压对应的第一频率值；

步骤5，将所述传感器的电感值和所述第一频率值代入LC谐振公式求解第一电容值，并将与所述传感器并联的调谐电容的容值由零切换为所述第一电容值。

本发明的有益效果是：采用由SVD算法和FFT算法相结合的方法实现质子旋进类传感器的调谐，有效克服了现有调谐算法调谐速度慢、干扰环境下调谐精度低、易出现失调现象等缺陷；在减少调谐时间的同时，提高质子旋进类传感器的调谐精度，可实现宽测量范围对调谐电容的选择，提高后期测量信号的信噪比，应用于质子旋进类磁力仪、光泵磁力仪和核磁共振质子旋进FID信号成像仪等依靠质子旋进类传感器的仪器中，有效提高仪器性能。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述步骤3包括如下步骤：

步骤31，根据如下第一公式构建空间矩阵；

所述第一公式如下：

其中，所述D_m为所述空间矩阵，所述{x₁,x₂,x₃…x_n,x_n+1…x_n+m-1}为所述离散数据；

步骤32，采用SVD算法对所述空间矩阵进行奇异值分解以剔除噪声，获得重构数据。

进一步，还包括步骤6，再次激励传感器输出第二FID信号，激励完成后等待预设时间，获取所述第二FID信号的第二频率值；将所述传感器的电感值和所述第二频率值代入LC谐振公式求解第二电容值，并将所述调谐电容的容值由所述第一电容值切换为所述第二电容值。

采用上述进一步方案的有益效果是：在上述一次调谐的基础上，进行二次调谐，进一步提高质子旋进类传感器调谐精度。