一种兆赫兹脉冲弱磁场检测实验系统及信号处理系统技术方案

技术编号:7578511 阅读:340 留言:0更新日期:2012-07-19 02:11
一种兆赫兹脉冲弱磁场检测实验系统及信号处理系统,实验系统是有磁场激励单元包括相连接的函数发生器和功率放大器,磁场检测单元有与功率放大器相连的限流电阻、与限流电阻的另一端相连的磁场发生线圈以及与磁场发生线圈对应设置并与数据采集单元相连的磁场检测线圈,数据采集单元是由数字示波器构成,信号处理单元是由计算机构成。信号处理系统有分别接收数据采集单元所采集的信号并分别对该信号进行磁感应强度真值估计和磁感应强度实际检测值计算的磁场真值估计模块和实际测量值计算模块,分别与磁场真值估计模块和实际测量值计算模块相连的用于提供磁场真值与磁场检测值之间误差分析的磁场强度标定模块。本发明专利技术可为兆赫兹脉冲弱磁场的检测与标定技术的实验验证。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种兆赫兹脉冲弱磁场检测。特别是涉及一种兆赫兹脉冲弱磁场检测实验系统及信号处理系统
技术介绍
随着检测技术的进步,磁场测量有了很大发展,其应用已深入到工业、农业、国防科技以及生物医学各个领域。在生物医学领域,尤其是重复经颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation, TMS)的应用中,所涉及的高频瞬态弱磁场,即频率为0. I I. OMHz 的时变磁场。近年来,TMS在脑神经与脑功能研究方向有广泛应用,其所采用的脉冲磁场为微秒级脉冲弱磁场,准确测量磁场强度在TMS应用的安全性方面有着重要意义。根据测量原理的方式不同,脉冲磁场测量方法通常分为磁光效应法,电磁感应法。 由于磁光效应法适用于强脉冲磁场的测量,其测量精度无法满足弱瞬态磁场的测量,而基于法拉第电磁感应定律的电磁感应法测量范围宽,灵敏度高,频响不受限,方法简便易实现。目前国内外大部分针对脉冲磁场检测技术的研究集中在用于原子结构探讨的脉冲强磁场与变电站内存在的纳秒级脉冲弱磁场等领域,鲜少有涉及医疗领域的高频脉冲弱磁场测量与标定方面的研究。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是,提供一种可为兆赫兹脉冲弱磁场的检测与标定技术的实验验证的兆赫兹脉冲弱磁场检测实验系统及信号处理系统。本专利技术所采用的技术方案是一种兆赫兹脉冲弱磁场检测实验系统,具有依次串接的磁场激励单元、磁场检测单元、数据采集单元以及信号处理单元,其中,所述的磁场激励单元用于提供电压脉冲信号,包括有相连接的函数发生器和功率放大器,所述的磁场检测单元用于提供磁场发生和检测,包括有与功率放大器相连的限流电阻、与限流电阻的另一端相连的磁场发生线圈以及与磁场发生线圈对应设置并与数据采集单元相连的磁场检测线圈,所述的数据采集单元是由数字示波器构成,所述的信号处理单元是由计算机构成,并基于MATLAB平台的数字信号处理算法对采集信号进行处理。所述的磁场检测单元中的限流电阻的两端还分别连接数据采集单元。所述的磁场检测线圈通过电极与数据采集单元相连接。所述的磁场发生线圈和磁场检测线圈是通过非铁磁性线圈固定装置定位,所述的线圈固定装置包括有通过定位标尺柱支撑的用于设置磁场发生线圈的线圈轴,垂直设置在线圈轴的中心轴上,用于设置磁场检测线圈的定位标尺柱。所述的磁场发生线圈与磁场检测线圈的直径比为11. 7,所述的磁场检测线圈在定位标尺柱上的高度可调范围为O-lOcm。所述的磁场检测单元产生磁场的磁感应强度为I U T-20 u To所述的数据采集单元采用四通道数字示波器。一种用于兆赫兹脉冲弱磁场检测实验系统的信号处理系统,包括有分别接收数据采集单元所采集的信号并分别对该信号进行磁感应强度真值估计和磁感应强度实际检测值计算的磁场真值估计模块和实际测量值计算模块,分别与磁场真值估计模块和实际测量值计算模块相连的用于提供磁场真值与磁场检测值之间误差分析的磁场强度标定模块。所述的磁场真值估计模块包括有接收数据采集单元的信号用于求解限流电阻上的电流的求解线圈电流模块和与求解线圈电流模块相连接的理论计算线圈磁场模块,所述的理论计算线圈磁场模块的输出连接磁场强度标定模块。所述的实际测量值计算模块包括有依次串接的巴特沃斯数字滤波模块、自适应时间窗截短模块、梯形公式数字积分模块、结合线圈参数计算模块,其中,所述滤波模块的输入端连接数据采集单元,所述的结合线圈参数计算模块连接磁场强度标定模块。本专利技术的一种兆赫兹脉冲弱磁场检测实验系统及信号处理系统,可为兆赫兹脉冲弱磁场的检测与标定技术的实验验证,为将来生物医学仪器中的磁场检测技术实际应用打下基础。附图说明图I是本专利技术的系统结构框图;图2是本专利技术的磁场激励单元结构框图;图3是本专利技术的磁场检测单元结构框图;图4是本专利技术的信号采集单元结构框图;图5是本专利技术的线圈固定装置结构示意图;图6是本专利技术的信号处理单元结构框图;图7是本专利技术信号处理单元算法示意图;图8是本专利技术的工作基本原理示意图图9是本专利技术的系统工作过程示意图。I :磁场激励单元2 磁场检测单元3 :数据采集单元4 信号处理单元11 函数发生器12:功率放大器21 限流电阻22:磁场发生线圈23 磁场检测线圈24:线圈轴25 定位标尺柱26:支撑脚27 电极41:磁场真值估计模块42 实际测量值计算模块43:磁场强度标定模块411:求解线圈电流模块412 :理论计算线圈磁场模块421巴特沃斯数字滤波模块422 :自适应时间窗截短模块423:梯形公式数字积分模块424 :结合线圈参数计算模块具体实施例方式下面结合实施例和附图对本专利技术的一种兆赫兹脉冲弱磁场检测实验系统及信号处理系统做出详细说明。如图I 图4所示,本专利技术的一种兆赫兹脉冲弱磁场检测实验系统,具有依次串接的磁场激励单元I、磁场检测单元2、数据采集单元3以及信号处理单元4。其中,所述的磁场激励单元I用于提供任意波形激励电压脉冲信号,包括有相连接的函数发生器11和功率放大器12,通过电极27与磁场检测单元相接。函数发生器为 AFG3252,输出激励脉冲选用正弦脉冲,功率放大器为HSA0401。试验中,激励单元脉冲波形选择单个正弦脉冲,脉宽为ii s级的脉冲,输出电压范围为1V-10V,功率放大倍数为1-10 倍。所述的磁场检测单元2用于提供兆赫兹脉冲磁场发生和检测,所述的磁场检测单元2产生磁场的磁感应强度为I U T-20 u T,包括有与功率放大器12相连的限流电阻21、与限流电阻21的另一端相连的磁场发生线圈22以及与磁场发生线圈22对应设置并与数据采集单元3相连的磁场检测线圈23,所述的磁场检测线圈23通过电极27与数据采集单元 3相连接。所述的磁场检测单元2中的限流电阻21的两端还分别连接数据采集单元3。所述的数据采集单元3用于提供磁场检测线圈产生信号的全波记录,是由提供高采样率的数字示波器构成,采用双通道数字示波器TDS2012B,通过电极与其他单元相接。所述的数据采集单元3通过电极27与其他单元相接,提供磁场检测线圈产生信号的全波记录。所述信号采集单元采集精度达到nV级,采样率为lGs/s,对检测线圈和限流电阻电信号进行同步采集。所述的信号处理单元4是由计算机构成,并提供基于MATLAB平台的磁场信号处理核心算法对采集信号进行处理。所述信号处理算法提供磁感应强度真值估计,磁感应强度实际检测值计算与磁感应强度检测值标定。如图5所示,所述的磁场发生线圈22和磁场检测线圈23是通过非铁磁性线圈固定装置定位,所述的线圈固定装置由非铁磁性装置以有机玻璃为原材料,包括有通过支撑脚26支撑的用于设置磁场发生线圈22的线圈轴24,垂直设置在线圈轴24的中心轴上,用于设置磁场检测线圈23的定位标尺柱25。所述的磁场发生线圈22与磁场检测线圈23的直径比为11. 7,所述的磁场检测线圈23在定位标尺柱25上的高度可调范围为O-lOcm。可根据需要改变磁场发生线圈22与磁场检测线圈23的线圈匝数和线圈相对高度与位置。如图6所示,本专利技术的用于兆赫兹脉冲弱磁场检测实验系统的信号处理系统,包括有分别接收数据采集单元3所采集的信号并分别对该信号进行磁感应强度真值估计和磁感应强度实际检测值计算的磁场真值估计模块41和实际测量值计算模块42,分别本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:殷涛刘志朋陈怡美
申请(专利权)人:中国医学科学院生物医学工程研究所
类型:发明
国别省市:

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