專(zhuān)利名稱(chēng)：弱信號(hào)檢測(cè)儀器中有用信號(hào)頻帶內(nèi)工頻諧波干擾抑制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測(cè)儀器的接收放大濾波部分，是利用頻率、相位、幅度全面跟 蹤技術(shù)，補(bǔ)償有用信號(hào)頻帶內(nèi)工頻諧波造成干擾的電路。
技術(shù)背景在弱信號(hào)檢測(cè)儀器中，需要提高信噪比。提高信噪比的最有效手段是用盡可 能窄的帶通濾波器濾除有用信號(hào)頻帶以外的噪聲與干擾。但有的干擾正好就在有 用信號(hào)頻帶內(nèi)，這種干擾信號(hào)的幅度、頻率及相位在短時(shí)間內(nèi)變化不大。由于陷 波器有一定的阻帶寬度，如果用普通陷波器或跟蹤陷波器濾除這種干擾，會(huì)損失 一部分有用信號(hào)頻率成分。所以就需要發(fā)明一種電路，在幾乎不損失有用信號(hào)頻 率成分的前提下濾除有用信號(hào)頻帶內(nèi)的這種干擾。例如在核磁共振找水儀中，工 頻諧波，尤其是奇次諧波就是這樣一種干擾。利用核磁共振原理尋找地下水是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)。它有唯一 解、速度快和成本低的特點(diǎn)，但其信號(hào)只有數(shù)納伏到數(shù)百納伏量級(jí)，極易受周?chē)?環(huán)境干擾影響而使結(jié)果模糊甚至無(wú)法工作。核磁共振找水儀的信號(hào)頻率是與地磁 場(chǎng)成正比的拉莫爾頻率，它在全球范圍內(nèi)為1.278 KHz 2.556KHz。這個(gè)頻率范 圍以外的干擾可以用嚴(yán)密的屏蔽措施加上大陡度的寬帶濾波器濾除。為了更徹底 地濾除干擾，核磁共振找水儀放大器用中心頻率為被測(cè)點(diǎn)拉莫爾頻率，帶寬為 100Hz，中心頻率可程控的濾波器進(jìn)一步濾波。但是總會(huì)有至少一個(gè)工頻奇次諧 波頻率干擾落在這個(gè)頻帶內(nèi)。有時(shí)這個(gè)工頻諧波干擾幅度比有用信號(hào)幅度大得 多。由于工頻頻率最大可能有1%的頻率漂移，所以這個(gè)干擾可能最大有26 Hz 的頻率漂移，它與有用信號(hào)的相位差是不確定的，它的幅度也是不確定的，所以 不能用固定頻率的陷波器濾除。又因?yàn)橄莶ㄆ饔幸欢ǖ淖鑾挾?，所以也不能?中心頻率可程控的陷波器濾除，否則會(huì)造成很大的信號(hào)失真。本發(fā)明提供了一種新的電路，可以實(shí)時(shí)地跟蹤這種干擾的頻率、相位和幅度， 將其從接收信號(hào)中濾除，而不影響其它有用信號(hào)，甚至不影響和這種干擾頻率重 疊的有用信號(hào)頻率成分。其他凡是具有這種有用信號(hào)頻帶內(nèi)含有工頻諧波造成的干擾的檢測(cè)儀器，都 可用這種電路抑制這種干擾。其實(shí)不僅是工頻諧波造成的干擾，凡是頻率、相位、 幅度短時(shí)間內(nèi)僅在一個(gè)很小的范圍內(nèi)變化的電信號(hào)干擾也都可用這種電路抑制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種有效地抑制檢測(cè)儀 器中有用信號(hào)頻帶內(nèi)的工頻諧波干擾，而盡可能地避免這一抑制干擾過(guò)程對(duì)有用 信號(hào)削弱的弱信號(hào)檢測(cè)儀器中有用信號(hào)頻帶內(nèi)工頻諧波干擾抑制電路。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的-
主微處理器1通過(guò)控制線2和16連接從微處理器3，主微處理器1經(jīng)電源 電容充電控制電路21與發(fā)射機(jī)22連接，主微處理器1通過(guò)控制線20與Kl連 接，控制信號(hào)傳感器9與阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)18的接通與斷開(kāi)，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)18經(jīng)前 置放大器10、寬帶濾波器19、程控窄帶濾波器5和減法器8與程控放大器11連 接，程控放大器11與輸出信號(hào)包絡(luò)檢測(cè)器13連接，輸出信號(hào)包絡(luò)檢測(cè)器13通 過(guò)控制線14和數(shù)據(jù)總線15與從微處理器3連接，程控放大器11經(jīng)控制線17與 從微處理器3連接，程控放大器11經(jīng)鎖相環(huán)12與DDS信號(hào)發(fā)生器7連接，DDS 信號(hào)發(fā)生器7與減法器8連接，從微處理器3通過(guò)控制線6與DDS信號(hào)發(fā)生器 7連接，從微處理器3通過(guò)控制線4與程控窄帶濾波器5連接，從微處理器3通 過(guò)數(shù)據(jù)線23與鎖相環(huán)12鎖定標(biāo)志端連接。
有益效果本發(fā)明有效地抑制了檢測(cè)儀器中有用信號(hào)頻帶內(nèi)的工頻諧波干 擾，可以實(shí)時(shí)地跟蹤這種干擾的頻率、相位和幅度，將其從接收信號(hào)中濾除，而 不影響其它有用信號(hào)，甚至不影響和這種干擾頻率重疊的有用信號(hào)頻率成分。


附圖為弱信號(hào)檢測(cè)儀器中有用信號(hào)頻帶內(nèi)工頻諧波干擾抑制電路框圖。
l主微處理器，2、 4、 6、 14、 16、 17、 20控制線，3從微處理器，5程控窄 帶濾波器，7DDS信號(hào)發(fā)生器，8減法器，9信號(hào)傳感器，IO前置放大器，11程 控放大器，12鎖相環(huán)，13輸出信號(hào)包絡(luò)檢測(cè)器，15、 23數(shù)據(jù)總線，18阻抗匹配 網(wǎng)絡(luò)，19寬帶濾波器，21電源電容充電控制電路，22發(fā)射機(jī)
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明
主微處理器1和從微處理器3均采用AT89C51芯片，主微處理器1的Pl 口通過(guò)控制線2與從微處理器3連接，主微處理器1的P3 口通過(guò)控制線16與從 微處理器3連接，主微處理器1經(jīng)電源電容充電控制電路21與發(fā)射機(jī)22連接， 主微處理器1的P0 口通過(guò)控制線20與Kl連接，控制信號(hào)傳感器9與阻抗匹配 網(wǎng)絡(luò)18的接通與斷開(kāi)，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)18經(jīng)前置放大器10、寬帶濾波器19、程 控窄帶濾波器5和減法器8與程控放大器11連接，程控放大器11與輸出信號(hào)包 絡(luò)檢測(cè)器13連接，輸出信號(hào)包絡(luò)檢測(cè)器13通過(guò)控制線14與從微處理器3的Pl 口連接，輸出信號(hào)包絡(luò)檢測(cè)器13通過(guò)數(shù)據(jù)總線15與從微處理器3的P0 口連接，程控放大器11經(jīng)控制線17與從微處理器3的P3 口連接，程控放大器11經(jīng)鎖相 環(huán)12與DDS信號(hào)發(fā)生器7連接，DDS信號(hào)發(fā)生器7與減法器8連接，從微處 理器3的Pl 口通過(guò)控制線6與DDS信號(hào)發(fā)生器7連接，從微處理器3的P3 口 通過(guò)控制線4與程控窄帶濾波器5連接，從微處理器3的Pl 口通過(guò)數(shù)據(jù)線23 與鎖相環(huán)12鎖定標(biāo)志端連接。檢測(cè)儀器主微處理器1通過(guò)控制線2給從微處理器3發(fā)出跟蹤有用信號(hào)頻帶 內(nèi)工頻諧波干擾的命令，從微處理器3計(jì)算出有用信號(hào)頻率，通過(guò)控制線4設(shè)定 程控窄帶濾波器5的中心頻率，通過(guò)控制線6設(shè)定DDS信號(hào)發(fā)生器7初始輸出 幅度為零并將其加到減法器8的減信號(hào)輸入端。信號(hào)傳感器9接收的有用信號(hào)頻 帶內(nèi)的工頻諧波干擾信號(hào)經(jīng)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)18前置放大器10、寬帶濾波器19、程 控窄帶濾波器5、加至減法器8的被減信號(hào)輸入端，再經(jīng)減法器8和程控放大器 ll加入鎖相環(huán)12，經(jīng)過(guò)短暫的頻率跟蹤鎖定過(guò)程，鎖相環(huán)12跟蹤鎖定后給出鎖 定標(biāo)志，從微處理器3檢測(cè)到鎖相環(huán)12跟蹤鎖定信號(hào)后設(shè)定DDS信號(hào)發(fā)生器7 的輸出信號(hào)頻率為鎖相環(huán)12跟蹤鎖定的干擾頻率，初始相位為零，初始幅度為 1毫伏的正弦波信號(hào)輸出至減法器8經(jīng)程控放大器11加入輸出信號(hào)包絡(luò)檢測(cè)器 13，從微處理器3通過(guò)控制線14給輸出信號(hào)包絡(luò)檢測(cè)器13發(fā)出轉(zhuǎn)換命令，由輸 出信號(hào)包絡(luò)檢測(cè)器13將輸出信號(hào)包絡(luò)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)總線15送給從 微處理器3，從微處理器3調(diào)整DDS信號(hào)發(fā)生器7的輸出工頻諧波信號(hào)初始相 位，先延后工頻諧波信號(hào)初始相位1度，判斷由輸出信號(hào)包絡(luò)檢測(cè)器13送來(lái)的 輸出信號(hào)包絡(luò)是否減小，如果減小則繼續(xù)延后7輸出的工頻諧波信號(hào)初始相位， 如果輸出信號(hào)包絡(luò)反而增大，則提前7輸出的工頻諧波信號(hào)初始相位，直到前后 兩次判斷結(jié)果之差在誤差允許的范圍內(nèi)為止。再增大7的輸出工頻諧波信號(hào)幅度 1毫伏，判斷由輸出信號(hào)包絡(luò)檢測(cè)器13送來(lái)的輸出信號(hào)包絡(luò)是否減小，如果減 小則繼續(xù)增大7輸出的工頻諧波信號(hào)幅度，如果輸出信號(hào)包絡(luò)反而增大則減小7 輸出的工頻諧波信號(hào)幅度，直到前后兩次判斷結(jié)果之差在誤差允許的范圍內(nèi)為 止。從微處理器3通過(guò)控制線6給DDS信號(hào)發(fā)生器7發(fā)出鎖定輸出工頻諧波信 號(hào)頻率、初始相位和幅度的指令，從微處理器3通過(guò)控制總線16給主微處理器 1發(fā)出工頻諧波干擾跟蹤結(jié)束指令。等待主微處理器1的下一個(gè)命令。其中DDS 信號(hào)發(fā)生器7輸出工頻諧波信號(hào)初始幅度為1毫伏及調(diào)整工頻諧波信號(hào)幅度1毫 伏，可以由被檢測(cè)有用信號(hào)大小數(shù)量級(jí)確定，如果被檢測(cè)有用信號(hào)很弱，那么這 兩個(gè)"l毫伏"可以改為1微伏甚至更小。但這個(gè)值太小會(huì)使跟蹤鎖定時(shí)間變長(zhǎng)。以地面核磁共振找水儀為例，在每次激發(fā)核磁共振信號(hào)前需要給電源電容充 電，這一充電過(guò)程需要數(shù)分鐘時(shí)間，在這一時(shí)間里信號(hào)放大與采集部分是沒(méi)有工作任務(wù)的，正好可以利用這一時(shí)間進(jìn)行有用信號(hào)頻帶內(nèi)的工頻諧波干擾的搜索、 跟蹤和鎖定工作，為檢測(cè)核磁共振信號(hào)時(shí)濾除有用信號(hào)頻帶內(nèi)的工頻諧波干擾做 好準(zhǔn)備。主微處理器1在給電源電容充電控制電路21發(fā)出充電命令之前先通過(guò) 控制線2給從微處理器3發(fā)出跟蹤有用信號(hào)頻帶內(nèi)工頻諧波干擾的命令并通過(guò)控 制線20設(shè)置開(kāi)關(guān)Kl導(dǎo)通，將信號(hào)傳感器9接至放大器阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)18，然后 再給電源電容21發(fā)出充電命令并等待從微處理器3發(fā)回工頻諧波干擾跟蹤結(jié)束 指令。從微處理器3根據(jù)人工輸入的拉莫爾頻率或由人工輸入的被測(cè)點(diǎn)諱度或地 磁場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算出的拉莫爾頻率，為程控窄帶濾波器5的中心頻率，從微處理器3 通過(guò)控制線6設(shè)定DDS信號(hào)發(fā)生器7初始輸出幅度為零，加至減法器8的減信 號(hào)輸入端。信號(hào)傳感器9接收的拉莫爾頻率附近的工頻諧波干擾信號(hào)經(jīng)阻抗匹配 網(wǎng)絡(luò)18、前置放大器IO、寬帶濾波器19、程控窄帶濾波器5加至減法器8的被 減信號(hào)輸入端，再經(jīng)減法器8和程控放大器11加入鎖相環(huán)12，經(jīng)過(guò)短暫的頻率 跟蹤鎖定過(guò)程，鎖相環(huán)12跟蹤鎖定后給出鎖定標(biāo)志。從微處理器3通過(guò)數(shù)據(jù)線 23檢測(cè)到鎖相環(huán)12跟蹤鎖定后，從微處理器3通過(guò)控制線6設(shè)定DDS信號(hào)發(fā) 生器7的輸出信號(hào)頻率為鎖相環(huán)12跟蹤鎖定的拉莫爾頻率，初始相位為零，初 始幅度為1毫伏，輸出至減法器8，經(jīng)程控放大器11加入輸出信號(hào)包絡(luò)檢測(cè)器 13，從微處理器3通過(guò)控制線14控制輸出信號(hào)包絡(luò)檢測(cè)器13將輸出信號(hào)包絡(luò)轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)總線15送給從微處理器3，從微處理器3調(diào)整DDS信 號(hào)發(fā)生器7的輸出工頻諧波信號(hào)相位，先延后工頻諧波信號(hào)相位1度，判斷由輸 出信號(hào)包絡(luò)檢測(cè)器13送來(lái)的輸出信號(hào)包絡(luò)是否減小，如果減小則繼續(xù)延后7輸 出的工頻諧波信號(hào)相位，如果輸出信號(hào)包絡(luò)反而增大，則提前DDS信號(hào)發(fā)生器 7輸出的工頻諧波信號(hào)相位，直到前后兩次判斷結(jié)果之差在誤差允許的范圍內(nèi)為 止。再增大DDS信號(hào)發(fā)生器7的輸出工頻諧波信號(hào)幅度1毫伏，判斷由輸出信 號(hào)包絡(luò)檢測(cè)器13送來(lái)的輸出信號(hào)包絡(luò)是否減小，如果減小則繼續(xù)增大7輸出的 工頻諧波信號(hào)幅度，如果輸出信號(hào)包絡(luò)反而增大，則減小DDS信號(hào)發(fā)生器7輸 出的工頻諧波信號(hào)幅度，直到前后兩次判斷結(jié)果之差在誤差允許的范圍內(nèi)為止。 從微處理器3通過(guò)控制線6給DDS信號(hào)發(fā)生器7發(fā)出鎖定輸出工頻諧波信號(hào)頻 率、相位和幅度的指令，為接收核磁共振信號(hào)時(shí)從接收信號(hào)中減去有用信號(hào)頻帶 內(nèi)的工頻諧波干擾成分作好準(zhǔn)備。從微處理器3通過(guò)控制線16給主微處理器1 發(fā)出工頻諧波干擾跟蹤結(jié)束指令，等待主微處理器1的下一個(gè)命令。主微處理器 1通過(guò)控制線20設(shè)置開(kāi)關(guān)Kl關(guān)斷，為發(fā)射核磁共振激發(fā)信號(hào)作好準(zhǔn)備。
權(quán)利要求
1、一種弱信號(hào)檢測(cè)儀器中有用信號(hào)頻帶內(nèi)工頻諧波干擾抑制電路，其特征在于，主微處理器(1)通過(guò)控制線(2)和(16)連接從微處理器(3)，主微處理器(1)經(jīng)電源電容充電控制電路(21)與發(fā)射機(jī)(22)連接，主微處理器(1)通過(guò)控制線(20)與K1連接，控制信號(hào)傳感器(9)與阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(18)的接通與斷開(kāi)，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(18)經(jīng)前置放大器(10)、寬帶濾波器(19)、程控窄帶濾波器(5)和減法器(8)與程控放大器(11)連接，程控放大器(11)與輸出信號(hào)包絡(luò)檢測(cè)器(13)連接，輸出信號(hào)包絡(luò)檢測(cè)器(13)通過(guò)控制線(14)和數(shù)據(jù)總線(15)與從微處理器(3)連接，程控放大器(11)經(jīng)控制線(17)與從微處理器(3)連接，程控放大器(11)經(jīng)鎖相環(huán)(12)與DDS信號(hào)發(fā)生器(7)連接，DDS信號(hào)發(fā)生器(7)與減法器(8)連接，從微處理器(3)通過(guò)控制線(6)與DDS信號(hào)發(fā)生器(7)連接，從微處理器(3)通過(guò)控制線(4)與程控窄帶濾波器(5)連接，從微處理器(3)通過(guò)數(shù)據(jù)線(23)與鎖相環(huán)(12)鎖定標(biāo)志端連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種弱信號(hào)檢測(cè)儀器中有用信號(hào)頻帶內(nèi)工頻諧波干擾抑制電路，是利用頻率、相位、幅度全面跟蹤有用信號(hào)頻帶內(nèi)工頻諧波造成干擾的補(bǔ)償電路。是主微處理器控制信號(hào)傳感器與阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的接通與斷開(kāi)，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)經(jīng)前置放大器、寬帶濾波器與程控放大器連接，輸出信號(hào)包絡(luò)檢測(cè)器通過(guò)控制線和數(shù)據(jù)總線與從微處理器連接，程控放大器經(jīng)鎖相環(huán)連接DDS信號(hào)發(fā)生器。有效地抑制檢測(cè)儀器中有用信號(hào)頻帶內(nèi)的工頻諧波干擾，實(shí)時(shí)地跟蹤這種干擾的頻率、相位和幅度，將其從接收信號(hào)中濾除，而不影響其它有用信號(hào)，不影響和這種干擾頻率重疊的有用信號(hào)頻率成分。
文檔編號(hào)G01V3/14GK101251606SQ200810050580
公開(kāi)日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月9日
發(fā)明者孫淑琴, 君 林, 段清明, 王中興, 王應(yīng)吉, 田寶鳳, 榮亮亮 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)