本發(fā)明涉及質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及提高質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器調(diào)諧精度和信噪比的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)磁力儀是一種用于測(cè)量緩慢變化的弱磁場(chǎng)或恒定弱磁場(chǎng)的磁場(chǎng)測(cè)量?jī)x器，其傳感器即質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器為電感元件。測(cè)量原理是利用一定的激發(fā)條件讓電感所在溶液中的質(zhì)子處于激活狀態(tài)，拆去激發(fā)條件后質(zhì)子會(huì)圍繞穩(wěn)定外磁場(chǎng)即地球磁場(chǎng)做拉莫爾旋進(jìn)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生FID(Free Induction Decay)信號(hào)，其旋進(jìn)頻率正比于外部磁場(chǎng)；故，利用電感感應(yīng)FID信號(hào)，將其放大、整形并測(cè)量出頻率，即可得到外部磁場(chǎng)值。與其他磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)相比，質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)磁力儀具有高精度、高靈敏度等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用與空間探測(cè)、近地表探測(cè)、海洋探測(cè)、地磁場(chǎng)測(cè)量、軍事技術(shù)等領(lǐng)域。由于FID信號(hào)的信噪比是衡量測(cè)頻精度的重要因素，因此，為增加傳感器輸出FID信號(hào)的信噪比，提高測(cè)頻精度，需將可變電容與傳感器并聯(lián)，進(jìn)行調(diào)諧，此可變電容即為調(diào)諧電容。

目前，絕大多數(shù)質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)磁力儀采用的傳感器調(diào)諧方案為掃描法、預(yù)置電容法、盲目自動(dòng)跟蹤法和二次測(cè)量自動(dòng)跟蹤調(diào)諧法。而所有方法的核心工作原理相同：激發(fā)傳感器，切換調(diào)諧電容，檢測(cè)輸出FID信號(hào)的峰值電壓，最大峰值電壓處對(duì)應(yīng)的調(diào)諧電容容值就是傳感器的調(diào)諧值；唯一不同之處在于檢測(cè)峰值電壓的手段。中國(guó)專(zhuān)利CN103995298A公布了一種優(yōu)化選擇質(zhì)子磁力儀配諧電容的方法，在該專(zhuān)利中，首先確定一個(gè)固定的調(diào)諧電容容值，然后逐次調(diào)節(jié)來(lái)確定最終調(diào)諧電容容值。

現(xiàn)有的質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)磁力儀在傳感器調(diào)諧算法的設(shè)計(jì)上仍存在以下問(wèn)題：1)調(diào)諧速度普遍較慢，大約需幾秒鐘，野外實(shí)際測(cè)量時(shí)，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度變化較大時(shí)，往往需要重新對(duì)傳感器進(jìn)行調(diào)諧，給用戶帶來(lái)很大的不便。2)由于質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)磁力儀輸出的未配諧FID信號(hào)極其微弱，很容易受噪音信號(hào)干擾，信噪比較低，一旦儀器處于干擾較大的環(huán)境，易出現(xiàn)頻譜分析誤差較大造成“失調(diào)”，致使儀器無(wú)法正常工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種提高質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器調(diào)諧精度的方法及系統(tǒng)和一種提高質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器信噪比的方法及系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：

一種提高質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器調(diào)諧精度的方法，包括如下步驟：

步驟1，激勵(lì)傳感器輸出第一FID信號(hào)；

步驟2，激勵(lì)完成后等待預(yù)設(shè)時(shí)間，采集所述第一FID信號(hào)，生成離散數(shù)據(jù)；

步驟3，根據(jù)所述離散數(shù)據(jù)構(gòu)建空間矩陣，并采用SVD(奇異值分解)算法對(duì)所述空間矩陣進(jìn)行奇異值分解以剔除噪聲，獲得重構(gòu)數(shù)據(jù)；

步驟4，采用FFT(快速傅氏變換)算法處理所述重構(gòu)數(shù)據(jù)，獲取所述第一FID信號(hào)頻譜中最大峰值電壓對(duì)應(yīng)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(lián)的調(diào)諧電容的容值由零切換為所述第一電容值。

本發(fā)明的有益效果是：采用由SVD算法和FFT算法相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器的調(diào)諧，有效克服了現(xiàn)有調(diào)諧算法調(diào)諧速度慢、干擾環(huán)境下調(diào)諧精度低、易出現(xiàn)失調(diào)現(xiàn)象等缺陷；在減少調(diào)諧時(shí)間的同時(shí)，提高質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器的調(diào)諧精度，可實(shí)現(xiàn)寬測(cè)量范圍對(duì)調(diào)諧電容的選擇，提高后期測(cè)量信號(hào)的信噪比，應(yīng)用于質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)磁力儀、光泵磁力儀和核磁共振質(zhì)子旋進(jìn)FID信號(hào)成像儀等依靠質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器的儀器中，有效提高儀器性能。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步，所述步驟3包括如下步驟：

步驟31，根據(jù)如下第一公式構(gòu)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(shù)據(jù)；

步驟32，采用SVD算法對(duì)所述空間矩陣進(jìn)行奇異值分解以剔除噪聲，獲得重構(gòu)數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步，還包括步驟6，再次激勵(lì)傳感器輸出第二FID信號(hào)，激勵(lì)完成后等待預(yù)設(shè)時(shí)間，獲取所述第二FID信號(hào)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(diào)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(jìn)一步方案的有益效果是：在上述一次調(diào)諧的基礎(chǔ)上，進(jìn)行二次調(diào)諧，進(jìn)一步提高質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器調(diào)諧精度。

進(jìn)一步，所述步驟2具體包括激勵(lì)完成后等待預(yù)設(shè)時(shí)間，將所述第一FID信號(hào)進(jìn)行放大，采集放大后的所述第一FID信號(hào)，生成所述離散數(shù)據(jù)；

所述步驟6中獲取所述第二FID信號(hào)的第二頻率值具體包括將所述第二FID信號(hào)依次進(jìn)行放大和整形，根據(jù)整形后的所述第二FID信號(hào)獲取所述第二FID信號(hào)的第二頻率值。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：對(duì)FID信號(hào)進(jìn)行放大和/或整形，進(jìn)一步提高質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器調(diào)諧精度。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案如下：

一種提高質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器信噪比的方法，采用上述一種提高質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器調(diào)諧精度的方法，還包括步驟7，再次激勵(lì)傳感器輸出第三FID信號(hào)，激勵(lì)完成后等待預(yù)設(shè)時(shí)間，對(duì)所述第三FID信號(hào)進(jìn)行放大，以所述第二頻率值作為中心頻率對(duì)放大后的所述第三FID信號(hào)進(jìn)行濾波，并對(duì)濾波后的所述第三FID信號(hào)進(jìn)行整形，獲取整形后的所述第三FID信號(hào)的第三頻率值，將所述第三頻率值作為所述傳感器探測(cè)到的FID信號(hào)的頻率。

本發(fā)明的有益效果是：基于上述二次調(diào)諧過(guò)程中獲取的第二頻率值對(duì)FID信號(hào)進(jìn)行濾波，在提高調(diào)諧精度的同時(shí)，減少電路帶寬，進(jìn)一步提高質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器信噪比。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案如下：

一種提高質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器調(diào)諧精度的系統(tǒng)，包括控制器、激勵(lì)電路、采集器和調(diào)諧電路；

所述控制器，其用于驅(qū)動(dòng)激勵(lì)電路激勵(lì)傳感器輸出第一FID信號(hào)；激勵(lì)完成后等待預(yù)設(shè)時(shí)間，驅(qū)動(dòng)采集器采集所述第一FID信號(hào)，生成離散數(shù)據(jù)；根據(jù)所述離散數(shù)據(jù)構(gòu)建空間矩陣，并采用SVD算法對(duì)所述空間矩陣進(jìn)行奇異值分解以剔除噪聲，獲得重構(gòu)數(shù)據(jù)；采用FFT算法處理所述重構(gòu)數(shù)據(jù)，獲取所述第一FID信號(hào)頻譜中最大峰值電壓對(duì)應(yīng)的第一頻率值；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，并驅(qū)動(dòng)調(diào)諧電路將與所述傳感器并聯(lián)的調(diào)諧電容的容值由零切換為所述第一電容值；

所述激勵(lì)電路，其用于在所述控制器的驅(qū)動(dòng)下激勵(lì)傳感器輸出第一FID信號(hào)；

所述采集器，其用于在所述控制器的驅(qū)動(dòng)下采集所述第一FID信號(hào)，生成離散數(shù)據(jù)；

所述調(diào)諧電路，其用于在所述控制器的驅(qū)動(dòng)下將與所述傳感器并聯(lián)的調(diào)諧電容的容值由零切換為所述第一電容值。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步，所述控制器包括空間矩陣生成模塊和SVD去噪模塊；

所述空間矩陣生成模塊，其用于根據(jù)如下第一公式構(gòu)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(shù)據(jù)；

所述SVD去噪模塊，其用于采用SVD算法對(duì)所述空間矩陣進(jìn)行奇異值分解以剔除噪聲，獲得重構(gòu)數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步，還包括FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)；

所述控制器，其還用于再次驅(qū)動(dòng)激勵(lì)電路激勵(lì)傳感器輸出第二FID信號(hào)，激勵(lì)完成后等待預(yù)設(shè)時(shí)間，驅(qū)動(dòng)FPGA測(cè)量所述第二FID信號(hào)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，并驅(qū)動(dòng)調(diào)諧電路將所述調(diào)諧電容的容值由所述第一電容值切換為所述第二電容值；

所述激勵(lì)電路，其還用于在所述控制器的驅(qū)動(dòng)下激勵(lì)傳感器輸出第二FID信號(hào)；

所述FPGA，其用于在所述控制器的驅(qū)動(dòng)下測(cè)量所述第二FID信號(hào)的第二頻率值；

所述調(diào)諧電路，其還用于在所述控制器的驅(qū)動(dòng)下將所述調(diào)諧電容的容值由所述第一電容值切換為所述第二電容值。

進(jìn)一步，還包括放大電路和比較電路；

所述放大電路，其用于激勵(lì)完成后等待預(yù)設(shè)時(shí)間，將所述第一FID信號(hào)進(jìn)行放大，用于所述采集器采集；其還用于激勵(lì)完成后等待預(yù)設(shè)時(shí)間，將所述第二FID信號(hào)進(jìn)行放大，用于所述比較電路整形；

所述比較電路，其用于將放大后的所述第二FID信號(hào)進(jìn)行整形，用于所述FPGA測(cè)量；

所述控制器為STM32，所述采集器為ADC采集器。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：采用ADC采集器、STM32和FPGA相結(jié)合的高速度采集與處理硬件架構(gòu)，在增加質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器調(diào)諧精度的同時(shí)，有效保證調(diào)諧速度。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案如下：

一種提高質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器信噪比的系統(tǒng)，包括上述一種提高質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器調(diào)諧精度的系統(tǒng)，還包括窄帶濾波電路；

所述控制器，其還用于再次驅(qū)動(dòng)激勵(lì)電路激勵(lì)傳感器輸出第三FID信號(hào)；其還用于將所述窄帶濾波電路的中心頻率設(shè)置為所述第二頻率值；其還用于驅(qū)動(dòng)FPGA測(cè)量整形后的所述第三FID信號(hào)的第三頻率值，并將所述第三頻率值作為所述傳感器探測(cè)到的FID信號(hào)的頻率輸出；

所述放大電路，其還用于激勵(lì)完成后等待預(yù)設(shè)時(shí)間，對(duì)所述第三FID信號(hào)進(jìn)行放大，用于所述窄帶濾波電路濾波；

所述窄帶濾波電路，其用于以所述第二頻率值作為中心頻率對(duì)放大后的所述第三FID信號(hào)進(jìn)行濾波，用于所述比較電路整形；

所述比較電路，其還用于對(duì)濾波后的所述第三FID信號(hào)進(jìn)行整形，用于所述FPGA測(cè)量；

所述FPGA，其還用于在所述控制器的驅(qū)動(dòng)下測(cè)量整形后的所述第三FID信號(hào)的第三頻率值。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種提高質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器調(diào)諧精度的方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明一種提高質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器信噪比的系統(tǒng)的原理框圖；

圖3為ADC采集器采集到的經(jīng)放大電路放大未調(diào)諧的FID信號(hào)未經(jīng)處理的頻譜圖；

圖4為ADC采集器采集到的經(jīng)放大電路放大未調(diào)諧的FID信號(hào)經(jīng)自相關(guān)算法處理后的頻譜圖；

圖5為ADC采集器采集到的經(jīng)放大電路放大未調(diào)諧的FID信號(hào)經(jīng)本發(fā)明SVD算法處理后所得重構(gòu)數(shù)據(jù)組成的頻譜圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例1所述一種提高質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器調(diào)諧精度的方法，包括如下步驟：

步驟1，激勵(lì)傳感器輸出第一FID信號(hào)；

步驟2，激勵(lì)完成后等待預(yù)設(shè)時(shí)間，采集所述第一FID信號(hào)，生成離散數(shù)據(jù)；

步驟3，根據(jù)所述離散數(shù)據(jù)構(gòu)建空間矩陣，并采用SVD算法對(duì)所述空間矩陣進(jìn)行奇異值分解以剔除噪聲，獲得重構(gòu)數(shù)據(jù)；

步驟4，采用FFT算法處理所述重構(gòu)數(shù)據(jù)，獲取所述第一FID信號(hào)頻譜中最大峰值電壓對(duì)應(yīng)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(lián)的調(diào)諧電容的容值由零切換為所述第一電容值。

其中，所述LC諧振公式如下所示：

其中，所述f₀、L和C分別為頻率變量、電感變量和電容變量。

根據(jù)傳感器類(lèi)型的不同，利用激勵(lì)電路向傳感器所在溶液輸入不同頻率脈沖信號(hào)來(lái)激勵(lì)傳感器輸出FID信號(hào)，具體實(shí)施中激勵(lì)時(shí)間為400ms，激勵(lì)完成后等待5ms后,采集FID信號(hào)，利于排除電路振蕩所產(chǎn)生的干擾。

SVD算法也叫奇異值分解法，是一種數(shù)據(jù)特征提取的有效方法，基于非線性濾波方法，其分解的值反映數(shù)據(jù)的內(nèi)在屬性，因此可以實(shí)現(xiàn)小目標(biāo)檢測(cè)中的背景抑制和去噪問(wèn)題。SVD算法已經(jīng)被成功的引入到地球物理的信噪分離技術(shù)中，與其它去噪方法比較，去噪效果好，且有效信號(hào)畸變小。質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器輸出的FID信號(hào)處理隸屬于地球物理的信噪分離，也屬于小目標(biāo)檢測(cè)中的背景抑制和去噪問(wèn)題，因此采用SVD算法對(duì)FID信號(hào)進(jìn)行去噪，能夠獲得很好的去噪效果。

本發(fā)明實(shí)施例2所述一種提高質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器調(diào)諧精度的方法，在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，所述步驟3包括如下步驟：

步驟31，根據(jù)如下第一公式構(gòu)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(shù)據(jù)；所述D_m中每一個(gè)行向量對(duì)應(yīng)空間矩陣中的一個(gè)點(diǎn)。

步驟32，采用SVD算法對(duì)所述空間矩陣進(jìn)行奇異值分解以剔除噪聲，獲得重構(gòu)數(shù)據(jù)。

本發(fā)明實(shí)施例3所述一種提高質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器調(diào)諧精度的方法，在實(shí)施例1或2的基礎(chǔ)上，還包括步驟6，再次激勵(lì)傳感器輸出第二FID信號(hào)，激勵(lì)完成后等待預(yù)設(shè)時(shí)間，獲取所述第二FID信號(hào)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(diào)諧電容的容值由所述第一電容值切換為所述第二電容值。

本發(fā)明實(shí)施例4所述一種提高質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器調(diào)諧精度的方法，在實(shí)施例3的基礎(chǔ)上，所述步驟2具體包括激勵(lì)完成后等待預(yù)設(shè)時(shí)間，將所述第一FID信號(hào)進(jìn)行放大，采集放大后的所述第一FID信號(hào)，生成所述離散數(shù)據(jù)；

所述步驟6中獲取所述第二FID信號(hào)的第二頻率值具體包括將所述第二FID信號(hào)依次進(jìn)行放大和整形，根據(jù)整形后的所述第二FID信號(hào)獲取所述第二FID信號(hào)的第二頻率值。

本發(fā)明實(shí)施例5所述一種提高質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器信噪比的方法，在實(shí)施例4的基礎(chǔ)上，還包括步驟7，再次激勵(lì)傳感器輸出第三FID信號(hào)，激勵(lì)完成后等待預(yù)設(shè)時(shí)間，對(duì)所述第三FID信號(hào)進(jìn)行放大，以所述第二頻率值作為中心頻率對(duì)放大后的所述第三FID信號(hào)進(jìn)行濾波，并對(duì)濾波后的所述第三FID信號(hào)進(jìn)行整形，獲取整形后的所述第三FID信號(hào)的第三頻率值，將所述第三頻率值作為所述傳感器探測(cè)到的FID信號(hào)的頻率。

如圖2所示，為本發(fā)明實(shí)施例1所述一種提高質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器調(diào)諧精度的系統(tǒng)，包括控制器、激勵(lì)電路、采集器和調(diào)諧電路；

所述控制器，其用于驅(qū)動(dòng)激勵(lì)電路激勵(lì)傳感器輸出第一FID信號(hào)；激勵(lì)完成后等待預(yù)設(shè)時(shí)間，驅(qū)動(dòng)采集器采集所述第一FID信號(hào)，生成離散數(shù)據(jù)；根據(jù)所述離散數(shù)據(jù)構(gòu)建空間矩陣，并采用SVD算法對(duì)所述空間矩陣進(jìn)行奇異值分解以剔除噪聲，獲得重構(gòu)數(shù)據(jù)；采用FFT算法處理所述重構(gòu)數(shù)據(jù)，獲取所述第一FID信號(hào)頻譜中最大峰值電壓對(duì)應(yīng)的第一頻率值；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，并驅(qū)動(dòng)調(diào)諧電路將與所述傳感器并聯(lián)的調(diào)諧電容的容值由零切換為所述第一電容值；

所述激勵(lì)電路，其用于在所述控制器的驅(qū)動(dòng)下激勵(lì)傳感器輸出第一FID信號(hào)；

所述采集器，其用于在所述控制器的驅(qū)動(dòng)下采集所述第一FID信號(hào)，生成離散數(shù)據(jù)；

所述調(diào)諧電路，其用于在所述控制器的驅(qū)動(dòng)下將與所述傳感器并聯(lián)的調(diào)諧電容的容值由零切換為所述第一電容值。

本發(fā)明實(shí)施例2所述一種提高質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器調(diào)諧精度的系統(tǒng)，在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，所述控制器包括空間矩陣生成模塊和SVD去噪模塊；

所述空間矩陣生成模塊，其用于根據(jù)如下第一公式構(gòu)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(shù)據(jù)；

所述SVD去噪模塊，其用于采用SVD算法對(duì)所述空間矩陣進(jìn)行奇異值分解以剔除噪聲，獲得重構(gòu)數(shù)據(jù)。

本發(fā)明實(shí)施例3所述一種提高質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器調(diào)諧精度的系統(tǒng)，在實(shí)施例1或2的基礎(chǔ)上，還包括FPGA；

所述控制器，其還用于再次驅(qū)動(dòng)激勵(lì)電路激勵(lì)傳感器輸出第二FID信號(hào)，激勵(lì)完成后等待預(yù)設(shè)時(shí)間，驅(qū)動(dòng)FPGA測(cè)量所述第二FID信號(hào)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，并驅(qū)動(dòng)調(diào)諧電路將所述調(diào)諧電容的容值由所述第一電容值切換為所述第二電容值；

所述激勵(lì)電路，其還用于在所述控制器的驅(qū)動(dòng)下激勵(lì)傳感器輸出第二FID信號(hào)；

所述FPGA，其用于在所述控制器的驅(qū)動(dòng)下測(cè)量所述第二FID信號(hào)的第二頻率值；

所述調(diào)諧電路，其還用于在所述控制器的驅(qū)動(dòng)下將所述調(diào)諧電容的容值由所述第一電容值切換為所述第二電容值。

本發(fā)明實(shí)施例4所述一種提高質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器調(diào)諧精度的系統(tǒng)，在實(shí)施例3的基礎(chǔ)上，還包括放大電路和比較電路；

所述放大電路，其用于激勵(lì)完成后等待預(yù)設(shè)時(shí)間，將所述第一FID信號(hào)進(jìn)行放大，用于所述采集器采集；其還用于激勵(lì)完成后等待預(yù)設(shè)時(shí)間，將所述第二FID信號(hào)進(jìn)行放大，用于所述比較電路整形；

所述比較電路，其用于將放大后的所述第二FID信號(hào)進(jìn)行整形，用于所述FPGA測(cè)量；

所述控制器為STM32，所述采集器為ADC采集器。由于FID信號(hào)呈指數(shù)衰減，因此必須設(shè)置合適的A/D采樣率和采樣點(diǎn)數(shù)，已知地球磁場(chǎng)范圍為20,000nT～100,000nT，根據(jù)磁旋比公式可得到FID信號(hào)的頻率范圍為850Hz～4,300Hz，故，具體實(shí)施例中，設(shè)置ADC采集器的采樣率為10kHz，采樣點(diǎn)數(shù)為2048個(gè)點(diǎn)，采集信號(hào)時(shí)間約為205ms，頻率分辨率為10kHz/2048＝4.88Hz。

本發(fā)明實(shí)施例5所述一種提高質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器信噪比的系統(tǒng)，在實(shí)施例4的基礎(chǔ)上，還包括窄帶濾波電路；

所述控制器，其還用于再次驅(qū)動(dòng)激勵(lì)電路激勵(lì)傳感器輸出第三FID信號(hào)；其還用于將所述窄帶濾波電路的中心頻率設(shè)置為所述第二頻率值；其還用于驅(qū)動(dòng)FPGA測(cè)量整形后的所述第三FID信號(hào)的第三頻率值，并將所述第三頻率值作為所述傳感器探測(cè)到的FID信號(hào)的頻率輸出；

所述放大電路，其還用于激勵(lì)完成后等待預(yù)設(shè)時(shí)間，對(duì)所述第三FID信號(hào)進(jìn)行放大，用于所述窄帶濾波電路濾波；

所述窄帶濾波電路，其用于以所述第二頻率值作為中心頻率對(duì)放大后的所述第三FID信號(hào)進(jìn)行濾波，用于所述比較電路整形；

所述比較電路，其還用于對(duì)濾波后的所述第三FID信號(hào)進(jìn)行整形，用于所述FPGA測(cè)量；

所述FPGA，其還用于在所述控制器的驅(qū)動(dòng)下測(cè)量整形后的所述第三FID信號(hào)的第三頻率值。

圖3、圖4和圖5依次為調(diào)諧電容為零時(shí)，ADC采集器采集到的經(jīng)放大電路放大未調(diào)諧的FID信號(hào)未經(jīng)處理的頻譜、此FID信號(hào)經(jīng)現(xiàn)有自相關(guān)算法(Auto Correlation)處理后的頻譜和此FID信號(hào)經(jīng)本發(fā)明SVD算法處理后所得重構(gòu)數(shù)據(jù)組成的頻譜；對(duì)比可發(fā)現(xiàn)經(jīng)本發(fā)明SVD算法處理后的頻譜更加鮮明，信噪比更高。

利用同一實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)目前常用的基于峰值檢波法和自相關(guān)算法的調(diào)諧法與本發(fā)明基于SVD算法的二次調(diào)諧法進(jìn)行調(diào)諧精度與速度的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，用微控制器STM32的定時(shí)器對(duì)三種調(diào)諧算法所用時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)參數(shù)，在同一測(cè)試磁場(chǎng)環(huán)境中：測(cè)試地點(diǎn)磁場(chǎng)約為49,323nT，即2100Hz；傳感器諧振-3dB頻率范圍：2072Hz～2128Hz，傳感器電感值34mH，結(jié)合LC諧振公式得到調(diào)諧電容容值范圍：168nF～173nF。故，只要三種算法得到的調(diào)諧電容容值在此范圍內(nèi)，即可說(shuō)明調(diào)諧成功。在無(wú)干擾的環(huán)境中，分別對(duì)三種方法進(jìn)行5次觀測(cè)，其結(jié)果如表1所示。

表1無(wú)干擾環(huán)境下三種方法的測(cè)量結(jié)果

由表1可以看出，從調(diào)諧的速度來(lái)看，由于三種算法均為順序程序結(jié)構(gòu)，所以程序執(zhí)行時(shí)間為定值，峰值檢波法所用時(shí)間約為自相關(guān)算法和SVD算法的5倍；從調(diào)諧的精度來(lái)看，三種算法所得到的調(diào)諧電容值均在168nF～173nF范圍內(nèi)，較為準(zhǔn)確。因此可以說(shuō)明，在無(wú)干擾的環(huán)境下，自相關(guān)算法和SVD算法的性能相當(dāng)。

在干擾的環(huán)境中，分別對(duì)上述三種方法進(jìn)行5次觀測(cè)，其結(jié)果如表2所示。

表2干擾環(huán)境下三種方法的測(cè)量結(jié)果

由表2可以看出，當(dāng)外界環(huán)境具有干擾時(shí)，峰值檢波法和自相關(guān)算法的調(diào)諧精度明顯下降，得到的調(diào)諧電容容值會(huì)使質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器出現(xiàn)失調(diào)現(xiàn)象，降低信號(hào)的信噪比，從而使得應(yīng)用有質(zhì)子旋進(jìn)類(lèi)傳感器的儀器無(wú)法正常工作；而SVD算法的測(cè)試結(jié)果沒(méi)有受到任何影響，調(diào)諧精度高、速度快、且具有重復(fù)性。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。