本發(fā)明涉及一種核磁共振地下水探測儀，尤其是核磁共振信號放大電路的抗飽和裝置及抗飽和方法。

背景技術：
核磁共振(MRS)地下水探測技術是當今地球物理領域能夠直接且無損地探測地下水的方法。在地下水受交變磁場激發(fā)后，產(chǎn)生核磁共振信號，該信號是按指數(shù)規(guī)律衰減的正弦波信號，因此稱為自由感應衰減(FID)信號。FID信號一般為納伏(nV)級，需要經(jīng)過幾千或幾萬倍放大后才能被檢測到；同時，該信號易受外界環(huán)境電磁噪聲的干擾。由于不同待測區(qū)域的干擾噪聲不同，甚至在同一測量區(qū)域不同時間段的電磁干擾噪聲也不同。傳統(tǒng)的核磁共振探水接收系統(tǒng)的放大裝置只是根據(jù)經(jīng)驗僅在系統(tǒng)工作之前設置一次放大倍數(shù)，而在一個測點完成測量需要兩個小時，環(huán)境噪聲變化較大，尤其在噪聲干擾強區(qū)段放大電路易飽和，進而導致無法采集到有效數(shù)據(jù)。若在不同區(qū)域或同一區(qū)域不同時間測量時，采用同一放大倍數(shù)也難以實現(xiàn)理想效果。尤其在復雜環(huán)境下，噪聲干擾嚴重，放大倍數(shù)固定不變的情況下，放大器易飽和進而導致信號失真；因此，為了防止放大器飽和又能滿足FID信號的放大倍數(shù)要求，設計一種地面磁共振信號放大電路的抗飽和裝置具有重要意義。

技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種地面磁共振信號放大電路的抗飽和裝置；本發(fā)明的另一目的是提供一種地面磁共振信號放大電路的抗飽和裝置的抗飽和方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：地面磁共振信號放大電路的抗飽和裝置，是由接收線圈1經(jīng)前置放大電路2和程控放大電路3與帶通濾波電路4連接，程控放大電路3經(jīng)帶通濾波電路4與AD采集卡5連接，帶通濾波電路4經(jīng)AD采集卡5與計算機6連接，AD采集卡5經(jīng)計算機6與發(fā)射系統(tǒng)9連接，計算機6經(jīng)MCU控制電路7與電平轉換及電氣隔離電路8連接，電平轉換及電氣隔離電路8與程控放大電路3連接構成。AD采集卡5是由ADC模塊10經(jīng)電平轉換及電氣隔離電路11與FPGA模塊12連接，RAM模塊13經(jīng)FPGA模塊12與ROM模塊14連接，F(xiàn)PGA模塊12分別與網(wǎng)絡接口15和SCI接口16連接構成。計算機6分別與網(wǎng)絡接口15和SCI接口16連接。地面磁共振信號放大電路的抗飽和裝置的抗飽和方法，包括以下步驟：a、在核磁共振探水系統(tǒng)工作之前，根據(jù)待測地點環(huán)境噪聲強度人工手動設置程控放大倍數(shù)和整體信號的上限預設值及下限預設值；b、工作中，每次采集時間為256ms，采樣點數(shù)為6400，計算機6根據(jù)本次AD采集卡5采集的所有信號，計算出6400個采集點絕對值中的最大值Vmax；c、計算機6把Vmax發(fā)送給MCU控制電路7，已知本次設置的放大倍數(shù)為Ai，在MCU內(nèi)對Vmax與預設值比較，當Vmax大于上限預設值VH時，降低放大倍數(shù)，設置下一次調(diào)整的放大倍數(shù)Ai+1＝3.2*Ai/Vmax；當Vmax小于下限預設值VL時，增大放大倍數(shù)，設置下一次調(diào)整的放大倍數(shù)Ai+1＝3.2*Ai/Vmax；由于程控放大器可選擇的是2000倍、4000倍、6000倍……30000倍、32000倍以2000為差值的等差數(shù)列，共16個不連續(xù)的整數(shù)點放大倍數(shù)，每次調(diào)整的放大倍數(shù)Ai+1的選擇依據(jù)是最接近的那個整數(shù)點放大倍數(shù)，且不大于Ai+1的整數(shù)點放大倍數(shù)，如Ai+1＝5130，實際選擇4000倍作為下一次的放大倍數(shù)；d、MCU控制電路7通過電平轉換及電氣隔離電路8設置程控放大電路3的放大倍數(shù)Ai+1，設置后的放大倍數(shù)作為下一次采集信號的放大倍數(shù)；e、MCU控制電路7設置完成放大倍數(shù)后，向計算機6發(fā)送完成指令，計算機6控制發(fā)射系統(tǒng)9發(fā)射，進行下一次激發(fā)；f、激發(fā)結束后，計算機6控制AD采集卡5采集的信號，再根據(jù)AD采集卡5采集的信號做出Vmax評估，再通過MCU比較Vmax和預設值，設置下一次程控放大電路的放大倍數(shù)，每一次采集的數(shù)據(jù)都作為設置下次放大倍數(shù)的依據(jù)，如此循環(huán)，至采集結束。有益效果：本發(fā)明在核磁共振探水儀中嵌入一套放大倍數(shù)自動調(diào)節(jié)模塊，該調(diào)節(jié)模塊也可以直接取代核磁共振探水儀的接收放大電路獨立工作，在噪聲干擾嚴重的復雜環(huán)境下，通過抗飽和裝置設置最佳放大倍數(shù)，解決了只使用一種放大倍數(shù)導致信號失真或放大倍數(shù)不足的問題；由于整個放大倍數(shù)調(diào)節(jié)過程都是自動完成，提高了地下水探測效率；該控制方法簡單，計算量小，具有對放大倍數(shù)調(diào)整速度要求低等特點。附圖說明圖1為地面磁共振信號放大電路的抗飽和裝置結構框圖圖2為附圖1中AD采集卡5的結構框圖圖3為實施例中第一次采集的信號時域圖圖4為實施例中第二次采集的信號時域圖1接收線圈，2前置放大電路，3程控放大電路，4帶通濾波電路，5AD采集卡，6計算機，7MCU控制電路，8電平轉換及電氣隔離電路，9發(fā)射系統(tǒng)，10ADC模塊，11電平轉換及電氣隔離電路，12FPGA模塊，13RAM模塊，14ROM模塊，15網(wǎng)絡接口，16SCI接口。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明：地面磁共振信號放大電路的抗飽和裝置，是由接收線圈1經(jīng)前置放大電路2和程控放大電路3與帶通濾波電路4連接，程控放大電路3經(jīng)帶通濾波電路4與AD采集卡5連接，帶通濾波電路4經(jīng)AD采集卡5與計算機6連接，AD采集卡5經(jīng)計算機6與發(fā)射系統(tǒng)9連接，計算機6經(jīng)MCU控制電路7與電平轉換及電氣隔離電路8連接，電平轉換及電氣隔離電路8與程控放大電路3連接構成。AD采集卡5是由ADC模塊10經(jīng)電平轉換及電氣隔離電路11與FPGA模塊12連接，RAM模塊13經(jīng)FPGA模塊12與ROM模塊14連接，F(xiàn)PGA模塊12分別與網(wǎng)絡接口15和SCI接口16連接構成。計算機6分別與網(wǎng)絡接口15和SCI接口16連接。地面磁共振信號放大電路的抗飽和裝置的抗飽和方法，包括以下步驟：a、在核磁共振探水系統(tǒng)工作之前，根據(jù)待測地點環(huán)境噪聲強度人工手動設置程控放大倍數(shù)和整體信號的上限預設值及下限預設值；b、工作中，每次采集時間為256ms，采樣點數(shù)為6400，計算機6根據(jù)本次AD采集卡5采集的所有信號，計算出6400個采集點絕對值中的最大值Vmax；c、計算機6把Vmax發(fā)送給MCU控制電路7，已知本次設置的放大倍數(shù)為Ai，在MCU內(nèi)對Vmax與預設值比較，當Vmax大于上限預設值VH時，降低放大倍數(shù)，設置下一次調(diào)整的放大倍數(shù)Ai+1＝3.2*Ai/Vmax；當Vmax小于下限預設值VL時，增大放大倍數(shù)，設置下一次調(diào)整的放大倍數(shù)Ai+1＝3.2*Ai/Vmax；由于程控放大器可選擇的是2000倍、4000倍、6000倍……30000倍、32000倍以2000為差值的等差數(shù)列，共16個不連續(xù)的整數(shù)點放大倍數(shù)，每次調(diào)整的放大倍數(shù)Ai+1的選擇依據(jù)是最接近的那個整數(shù)點放大倍數(shù)，且不大于Ai+1的整數(shù)點放大倍數(shù)，如Ai+1＝5130，實際選擇4000倍作為下一次的放大倍數(shù)；d、MCU控制電路7通過電平轉換及電氣隔離電路8設置程控放大電路3的放大倍數(shù)Ai+1，設置后的放大倍數(shù)作為下一次采集信號的放大倍數(shù)；e、MCU控制電路7設置完成放大倍數(shù)后，向計算機6發(fā)送完成指令，計算機6控制發(fā)射系統(tǒng)9發(fā)射，進行下一次激發(fā)；f、激發(fā)結束后，計算機6控制AD采集卡5采集的信號，再根據(jù)AD采集卡5采集的信號做出Vmax評估，再通過MCU比較Vmax和預設值，設置下一次程控放大電路的放大倍數(shù)，每一次采集的數(shù)據(jù)都作為設置下次放大倍數(shù)的依據(jù)，如此循環(huán)，至采集結束。如圖1所示，地面磁共振信號放大電路的抗飽和裝置是由接收線圈1經(jīng)前置放大電路2和程控放大電路3與帶通濾波電路4連接，程控放大電路3經(jīng)帶通濾波電路4與AD采集卡5連接，帶通濾波電路4經(jīng)AD采集卡5與計算機6連接，AD采集卡5經(jīng)計算機6與發(fā)射系統(tǒng)9連接，計算機6經(jīng)MCU控制電路7與電平轉換及電氣隔離電路8連接，電平轉換及電氣隔離電路8與程控放大電路3連接構成。如圖2所示，AD采集卡5是由ADC模塊10經(jīng)電平轉換及電氣隔離電路11與FPGA模塊12連接，RAM模塊13經(jīng)FPGA模塊12與ROM模塊14連接，F(xiàn)PGA模塊12分別與網(wǎng)絡接口15和SCI接口16連接構成。計算機6分別與網(wǎng)絡接口15和SCI接口16連接。接收線圈1感應地面磁共振信號，信號經(jīng)過前置放大電路2、程控放大電路3與帶通濾波電路4后，作為AD采集卡5的輸入，F(xiàn)PGA模塊12控制ADC模塊10把采集的地面磁共振信號發(fā)送給計算機6，計算機6做出信號處理，得出最大評估值，并把評估值發(fā)送給MCU控制電路7，在MCU內(nèi)對評估值與預設值比較，當評估值大于上限預設值時，降低放大倍數(shù)，當評估值小于下限預設值時，增大放大倍數(shù)，每一次采集的數(shù)據(jù)作為下次放大倍數(shù)的參考，如此循環(huán)，至工作結束。地面磁共振信號放大電路的抗飽和裝置的抗飽和方法，包括以下步驟：a、在核磁共振探水系統(tǒng)工作之前，根據(jù)待測地點環(huán)境噪聲強度人工手動設置程控放大倍數(shù)和整體信號的上限預設值及下限預設值；b、工作中，每次采集時間為256ms，采樣點數(shù)為6400，計算機6根據(jù)本次AD采集卡5采集的所有信號，計算出6400個采集點絕對值中的最大值Vmax；c、計算機6把Vmax發(fā)送給MCU控制電路7，已知本次設置的放大倍數(shù)為Ai，在MCU內(nèi)對Vmax與預設值比較，當Vmax大于上限預設值VH時，降低放大倍數(shù)，設置下一次調(diào)整的放大倍數(shù)Ai+1＝3.2*Ai/Vmax；當Vmax小于下限預設值VL時，增大放大倍數(shù)，設置下一次調(diào)整的放大倍數(shù)Ai+1＝3.2*Ai/Vmax；由于程控放大器可選擇的是2000倍、4000倍、6000倍……30000倍、32000倍以2000為差值的等差數(shù)列，共16個不連續(xù)的整數(shù)點放大倍數(shù)，每次調(diào)整的放大倍數(shù)Ai+1的選擇依據(jù)是最接近的那個整數(shù)點放大倍數(shù)，且不大于Ai+1的整數(shù)點放大倍數(shù)，如Ai+1＝5130，實際選擇4000倍作為下一次的放大倍數(shù)；d、MCU控制電路7通過電平轉換及電氣隔離電路8設置程控放大電路3的放大倍數(shù)Ai+1，設置后的放大倍數(shù)作為下一次采集信號的放大倍數(shù)；e、MCU控制電路7設置完成放大倍數(shù)后，向計算機6發(fā)送完成指令，計算機6控制發(fā)射系統(tǒng)9發(fā)射，進行下一次激發(fā)；f、激發(fā)結束后，計算機6控制AD采集卡5采集的信號，再根據(jù)AD采集卡5采集的信號做出Vmax評估，再通過MCU比較Vmax和預設值，設置下一次程控放大電路的放大倍數(shù)，每一次采集的數(shù)據(jù)都作為設置下次放大倍數(shù)的依據(jù)，如此循環(huán)，至工作結束。實施例在長春北湖濕地公園，以發(fā)射線圈和接收線圈大小都是50m*50m，加入抗飽和裝置的核磁共振地下探水系統(tǒng)為例，對地面磁共振信號放大電路的抗飽和裝置的應用進行說明。a、在核磁共振探水系統(tǒng)工作之前，根據(jù)待測地點環(huán)境噪聲強度人工手動在計算機6上設置初始放大倍數(shù)為20000倍，上限預設值VH＝4V，下限預設值VL＝0.5V；b、工作中，每次采集時間為256ms，采樣點數(shù)為6400，計算機6根據(jù)本次AD采集卡5采集的所有信號，計算出6400個采集點絕對值中的最大值Vmax；c、計算機6把Vmax發(fā)送給MCU控制電路7，已知本次設置的放大倍數(shù)為Ai，在MCU內(nèi)對Vmax與預設值比較，當Vmax大于上限預設值VH時，降低放大倍數(shù)，設置下一次調(diào)整的放大倍數(shù)Ai+1＝3.2*Ai/Vmax；當Vmax小于下限預設值VL時，增大放大倍數(shù)，設置下一次調(diào)整的放大倍數(shù)Ai+1＝3.2*Ai/Vmax；由于程控放大器可選擇的是2000倍、4000倍、6000倍……30000倍、32000倍以2000為差值的等差數(shù)列，共16個不連續(xù)的整數(shù)點放大倍數(shù)，每次調(diào)整的放大倍數(shù)Ai+1的選擇依據(jù)是最接近的那個整數(shù)點放大倍數(shù)，且不大于Ai+1的整數(shù)點放大倍數(shù)，如Ai+1＝5130，實際選擇4000倍作為下一次的放大倍數(shù)；第一次采集數(shù)據(jù)結果如圖3所示，抗飽和裝置自動計算得出Vmax＝4.5V，Vmax>VH，大于上限預設值，需要下調(diào)放大倍數(shù)，計算Ai+1＝3.2*Ai/Vmax＝14222，實際設置程控放大器的放大倍數(shù)為14000倍；d、MCU控制電路7通過電平轉換及電氣隔離電路8設置程控放大電路3的放大倍數(shù)Ai+1，設置后的放大倍數(shù)作為下一次采集信號的放大倍數(shù)；e、MCU控制電路7設置完成放大倍數(shù)后，向計算機6發(fā)送完成指令，計算機6控制發(fā)射系統(tǒng)9發(fā)射，進行下一次激發(fā)；第二次采集數(shù)據(jù)結果如圖4所示，其最大絕對值Vmax＝3.7V，VL<Vmax<VH,信號處于上限預設值和下限預設值之間，既達到了放大信號的要求，又防止了在單一放大倍數(shù)情況下放大器飽和問題；f、激發(fā)結束后，計算機6控制AD采集卡5采集的信號，再根據(jù)AD采集卡5采集的信號做出Vmax評估，再通過MCU比較Vmax和預設值，設置下一次程控放大電路的放大倍數(shù)，每一次采集的數(shù)據(jù)都作為設置下次放大倍數(shù)的依據(jù)，如此循環(huán)，至采集結束。