CN103532529A - 用于磁声信号检测的电磁脉冲噪声抑制方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种用于磁声信号检测的电磁脉冲噪声抑制方法及其装置，方法包括：计算可变增益放大器所需同步脉冲的幅值和脉宽，设定同步脉冲信号；可变增益放大器抑制电磁脉冲噪声，放大有用信号。装置，有电源和同步脉冲发生装置，可变增益放大器，可变增益放大器的电源输入端通过第二隔离电路连接所述的电源，可变增益放大器的基准电压输入端依次通过第一稳压电路和第一隔离电路连接电源，可变增益放大器的增益控制信号输入端连接用于向可变增益放大器输出控制信号的同步脉冲发生装置，可变增益放大器的磁声信号输入端连接用于向可变增益放大器输出磁声信号的超声换能器。本发明可以有效抑制微弱信号检测过程中夹杂的脉冲电磁噪声，同时也能够实现对被检测信号的放大功能。

Description

用于磁声信号检测的电磁脉冲噪声抑制方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种电磁脉冲噪声抑制方法。特别是涉及一种利用可变增益放大器的增益控制能力实现噪声抑制的用于磁声信号检测的电磁脉冲噪声抑制方法及其装置。

背景技术

可变增益放大器（VGA）是自动增益控制***（AGC）的关键组成部分，其主要作用是改变***增益，调整动态范围并进行功率控制。它的主要特点是高动态范围和高线性度，此外也拥有较高的信噪比。

脉冲噪声（implusive noise）是非连续的，由持续时间短和幅度大的不规则脉冲或噪声尖峰组成；持续时间≤0.5s，间隔时间>1s，声压有效值变化≥40dB（A）。产生脉冲噪声的原因多种多样，其中包括电磁干扰以及通信***的故障和缺陷，也可能在通信***的电气开关和继电器改变状态时产生。

在磁声成像实验过程中，激励脉冲启动时带来严重的电磁脉冲干扰。该电磁脉冲通过空间传播，被换能器所检测，在换能器的输出部分产生大幅值的输出信号，严重影响检测***的性能。由于脉冲噪声的大幅值特点，一方面容易淹没被检测信号，另一方面不利于微弱信号的后处理，例如：限制信号的放大倍数，影响模数转换等。同时该段电磁脉冲噪声独特的频率特性（与被检测信号处于同一频段），限制了通过频率等方法对其进行处理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种有效的衰减乃至去除微弱信号检测过程中夹杂的脉冲噪声的用于磁声信号检测的电磁脉冲噪声抑制方法及其装置。

本发明所采用的技术方案是：一种用于磁声信号检测的电磁脉冲噪声抑制方法，是通过可变增益放大器的增益控制功能对电磁脉冲噪声进行抑制，包括如下步骤：

1）计算可变增益放大器所需同步脉冲的幅值和脉宽，包括：

根据被检测磁声信号的幅度值计算该磁声信号在后处理过程中需要实现的放大倍数；

计算可变增益放大器所需同步脉冲信号的幅度值；

根据电磁脉冲噪声的持续时间Tz确定可变增益放大器所需同步脉冲信号的脉宽；

在同步脉冲信号的脉宽持续时间内，设定同步脉冲信号的幅度值为0V；

2）设定同步脉冲信号

根据步骤1）的计算的结果，设置同步脉冲信号的幅值和脉宽，并根据磁声信号中电磁脉冲噪声出现的时间点，设定同步脉冲信号发生的时间点，进而为可变增益放大器能够准确的对电磁脉冲噪声信号进行抑制准备条件；

3）可变增益放大器抑制电磁脉冲噪声，放大有用信号

将同步脉冲发生装置的输出端接入可变增益放大器的增益控制输入端，可变增益放大器在同步脉冲信号的控制下实现对电磁脉冲噪声信号的抑制，同时对有用信号进行放大并输出。

步骤1）所述的计算是通过可变增益放大器的数据手册中的增益计算公式进行计算，公式如下：

Gain=Vtgc×A-E dB

其中，Gain是增益值；Vtgc是增益控制电压；A是增益变化斜率；E是可变增益放大器的固有增益。

当磁声信号在后处理过程中需要实现的放大倍数为N倍时，增益控制电压由下式获得：

$\mathrm{Vtgc}=\frac{20\log \left(N\right)+E}{A}V.$

步骤1）所述的确定同步脉冲信号的脉宽要大于电磁脉冲噪声的持续时间Tz。

一种用于磁声信号检测的电磁脉冲噪声抑制方法的装置，包括有电源和同步脉冲发生装置，还设置有可变增益放大器，所述可变增益放大器的电源输入端通过第二隔离电路连接所述的电源，所述可变增益放大器的基准电压输入端依次通过第一稳压电路和第一隔离电路连接电源，所述可变增益放大器的增益控制信号输入端连接用于向可变增益放大器输出控制信号的同步脉冲发生装置，所述可变增益放大器的磁声信号输入端连接用于向可变增益放大器输出磁声信号的超声换能器。

所述的第二隔离电路还通过第二稳压电路连接所述的可变增益放大器的电源输入端。

本发明的用于磁声信号检测的电磁脉冲噪声抑制方法及其装置，利用可变增益放大器的增益控制能力实现噪声抑制。可以有效抑制微弱信号检测过程中夹杂的脉冲电磁噪声，同时也能够实现对被检测信号的放大功能，为微弱信号的后处理提供了必要的条件。

附图说明

图1是本发明方法的原理框图；

图2是是本发明装置的电路构成框图；

图3是本发明的装置第二实施例的电路构成框图；

图4是本发明方法的效果图；

图5是本发明方法的另一效果图。

图中

1：可变增益放大器     2：电源

3：第二隔离电路       4：第一隔离电路

5：第一稳压电路       6：同步脉冲发生装置

7：超声换能器         8：第二稳压电路

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的用于磁声信号检测的电磁脉冲噪声抑制方法及其装置做出详细说明。

图1是本发明方法的原理框图，该图主要展示了在本发明中输入输出部分和放大器控制部分的原理框图，通过同步脉冲信号控制放大器增益，实现放大器输入输出过程中对电磁脉冲噪声的抑制。所述的同步脉冲信号能够根据需要进行相应的参数调整。可变增益放大器的放大倍数随控制信号电压而改变，对噪声信号进行抑制，有用信号进行放大。

本发明的用于磁声信号检测的电磁脉冲噪声抑制方法，是通过可变增益放大器的增益控制功能对电磁脉冲噪声进行抑制，包括如下步骤：

1）计算可变增益放大器所需同步脉冲的幅值和脉宽，包括：

（1）根据被检测磁声信号的幅度值（即检测到的电压峰峰值）计算该磁声信号在后处理过程中需要实现的放大倍数；

（2）计算可变增益放大器所需同步脉冲信号的幅度值，所述的计算是通过可变增益放大器的数据手册中的增益计算公式进行计算，公式如下：

Gain=Vtgc×A-E dB

其中，Gain是增益值；Vtgc是增益控制电压；A是增益变化斜率；E是可变增益放大器的固有增益，

当磁声信号在后处理过程中需要实现的放大倍数为N倍时，增益控制电压由下式获得：

$\mathrm{Vtgc}=\frac{20\log \left(N\right)+E}{A}V.$

（3）根据电磁脉冲噪声的持续时间Tz确定可变增益放大器所需同步脉冲信号的脉宽，所述的确定同步脉冲信号的脉宽要大于电磁脉冲噪声的持续时间Tz；

（4）在同步脉冲信号的脉宽持续时间内，设定同步脉冲信号的幅度值为0V；

2）设定同步脉冲信号

根据步骤1）的计算的结果，设置同步脉冲信号的幅值和脉宽，并根据磁声信号中电磁脉冲噪声出现的时间点，设定同步脉冲信号发生的时间点，进而为可变增益放大器能够准确的对电磁脉冲噪声信号进行抑制准备条件；

3）可变增益放大器抑制电磁脉冲噪声，放大有用信号

将同步脉冲发生装置的输出端接入可变增益放大器的增益控制输入端，可变增益放大器在同步脉冲信号的控制下实现对电磁脉冲噪声信号的抑制，同时对有用信号进行放大并输出，最终的输出信号实现对噪声的抑制，提高电路的信噪比。

图2为本发明的电路原理框图，包括放大器的供电部分，电源的隔离部分和放大器的基准电压产生部分。该图综合各部分模块功能，最终整合为本发明的电路***，按照该***所示，完成相应电路设计。

如图2所示，本发明的用于磁声信号检测的电磁脉冲噪声抑制方法的装置，包括有电源2和同步脉冲发生装置6，还设置有可变增益放大器1，所述可变增益放大器1的电源输入端通过第二隔离电路3连接所述的电源2，所述可变增益放大器1的基准电压输入端依次通过第一稳压电路5和第一隔离电路4连接电源2，所述可变增益放大器1的增益控制信号输入端连接用于向可变增益放大器1输出控制信号的同步脉冲发生装置6，所述可变增益放大器1的磁声信号输入端连接用于向可变增益放大器1输出磁声信号的超声换能器7。本发明中所述的可变增益放大器1可以采用型号为AD603、AD604、AD600等可变增益放大器。

如图3所示，所述的第二隔离电路3还通过第二稳压电路8连接所述的可变增益放大器1的电源输入端。

本发明的用于磁声信号检测的电磁脉冲噪声抑制方法的装置，其中的同步脉冲发生装置能够产生与磁声信号同步的脉冲信号，并且该信号能够根据需要进行相应的参数调整。可变增益放大器的输入端为被检测的磁声信号，控制端接同步脉冲发生装置输出，输出端输出抑制噪声且放大的磁声信号。可变增益放大器的放大倍数随控制信号电压而改变，对噪声信号进行抑制，有用信号进行放大。

本发明的用于磁声信号检测的电磁脉冲噪声抑制方法的装置的噪声抑制方式是，利用同步脉冲发生装置发出与磁声信号同步的脉冲信号，并利用该同步脉冲发生装置调节脉冲信号出现的时间点和信号宽度及幅值，进而实现对信号的可变增益控制。使用可变增益放大器对磁声信号的噪声进行抑制，可变增益放大器的功能在于对检测到磁声信号的噪声进行衰减，甚至于去除，而对于需要检测信号的有用部分进行高倍数放大，进而实现噪声抑制的功能。

下面以型号为AD604的双通道可变增益放大器为例进行详细说明本发明的用于磁声信号检测的电磁脉冲噪声抑制方法及其装置，具体包括如下步骤：

1、选用如图3所示的电路。其中电源部分采用220V－5V的变压器，输出5V电压后分别通过具有隔离效应的DC-DC模块A0505S将5V电压转为±5V，通过具有隔离效应的DC-DC模块B0505S将5V电压转为5V。其中±5V电压经过稳压模块asm1117后输入到双通道可变增益放大器AD604的电源端，而B0505S输出的5V电压经过稳压模块asm1117输出2.5V稳压接入双通道可变增益放大器AD604的基准电压端。双通道可变增益放大器AD604的增益控制信号输入端连接用于向可变增益放大器1输出控制信号的同步脉冲发生装置，双通道可变增益放大器AD604的磁声信号输入端连接用于向可变增益放大器1输出磁声信号的超声换能器7。

2．计算可变增益放大器所需同步脉冲的幅值和脉宽

双通道可变增益放大器AD604每路包括一个固定增益的预放电路和可变增益放大电路，设定预放电路的增益为14dB，双通道可变增益放大器参考电压为Vref=2.5V，故双通道可变增益放大器AD604可变增益部分的增益变化斜率为20dB/V，故双通道可变增益放大器增益和增益控制电压关系为：Gain=Vtgc×20-19dB。应用中双通道可变增益放大器工作于线性区，故：0.4v<Vtgc<2.4v，结合预放电路，放大电路总增益为：Gain=14+Vtgc×20-19dB。当电路放大为N倍时，增益控制电压

实验中设定放大倍数为30倍，故增益控制电压为Vtgc=1.727V。在实验的非线性部分，当控制电压为0V时，放大器无信号通过，相当于截止状态。由于需去除的干扰为脉冲信号，同步的控制信号应当为负向的脉冲。如附图4通道2信号所示。

3、输出同步脉冲信号

依照前面分析结果制作同步脉冲，用3个正弦叠加的信号模拟干扰信号，以正弦脉冲信号的开始端作为控制信号的下降沿，调整上升沿的位置，实现对不同脉宽干扰信号的可选择衰减或者去除。

4、可变增益放大器抑制电磁脉冲噪声，放大有用信号

将同步脉冲发生装置输出的控制信号和超声换能器输出的待处理信号输入双通道可变增益放大器，根据前面步骤的计算和设定，可以实现对有用信号的30倍增益，对干扰信号的去除。图4和图5通过示波器记录分别显示了对干扰信号不同的衰减效果，其中通道1为输入干扰信号，通道2为同步控制信号，通道3为输出信号。图4主要展现本发明在对3个正弦信号组成的脉冲进行模拟实验的效果图。其中有效放大倍数放大30倍，噪声衰减部分设计为零放大，即截止，截止部分长度为1.5个正弦信号。即，图4中结果去除掉1.5个正弦信号，也就是干扰信号的前一半；图5主要展现本发明在对3个正弦信号组成的脉冲进行模拟实验的效果图，其中有效放大倍数放大30倍，噪声衰减部分设计为零放大，即截止，截止部分等同脉冲信号长度。即，图5显示去掉部分等同脉冲信号长度。两个图中的信号放大倍数均为30倍。

Claims (6)

1.一种用于磁声信号检测的电磁脉冲噪声抑制方法，其特征在于，是通过可变增益放大器的增益控制功能对电磁脉冲噪声进行抑制，包括如下步骤：

1）计算可变增益放大器所需同步脉冲的幅值和脉宽，包括：

（1）根据被检测磁声信号的幅度值计算该磁声信号在后处理过程中需要实现的放大倍数；

（2）计算可变增益放大器所需同步脉冲信号的幅度值；

（3）根据电磁脉冲噪声的持续时间Tz确定可变增益放大器所需同步脉冲信号的脉宽；

（4）在同步脉冲信号的脉宽持续时间内，设定同步脉冲信号的幅度值为0V；

2）设定同步脉冲信号

根据步骤1）的计算的结果，设置同步脉冲信号的幅值和脉宽，并根据磁声信号中电磁脉冲噪声出现的时间点，设定同步脉冲信号发生的时间点，进而为可变增益放大器能够准确的对电磁脉冲噪声信号进行抑制准备条件；

3）可变增益放大器抑制电磁脉冲噪声，放大有用信号

将同步脉冲发生装置的输出端接入可变增益放大器的增益控制输入端，可变增益放大器在同步脉冲信号的控制下实现对电磁脉冲噪声信号的抑制，同时对有用信号进行放大并输出。

2.根据权利要求1所述的用于磁声信号检测的电磁脉冲噪声抑制方法，其特征在于，步骤1）所述的计算是通过可变增益放大器的数据手册中的增益计算公式进行计算，公式如下：

Gain=Vtgc×A-E dB

其中，Gain是增益值；Vtgc是增益控制电压；A是增益变化斜率；E是可变增益放大器的固有增益。

3.根据权利要求2所述的用于磁声信号检测的电磁脉冲噪声抑制方法，其特征在于，当磁声信号在后处理过程中需要实现的放大倍数为N倍时，增益控制电压由下式获得：

$\mathrm{Vtgc}=\frac{20\log \left(N\right)+E}{A}V.$

4.根据权利要求1所述的用于磁声信号检测的电磁脉冲噪声抑制方法，其特征在于，步骤1）所述的确定同步脉冲信号的脉宽要大于电磁脉冲噪声的持续时间Tz。

5.一种用于权利要求1或2或3所述的用于磁声信号检测的电磁脉冲噪声抑制方法的装置，包括有电源（2）和同步脉冲发生装置（6），其特征在于，还设置有可变增益放大器（1），所述可变增益放大器（1）的电源输入端通过第二隔离电路（3）连接所述的电源（2），所述可变增益放大器（1）的基准电压输入端依次通过第一稳压电路（5）和第一隔离电路（4）连接电源（2），所述可变增益放大器（1）的增益控制信号输入端连接用于向可变增益放大器（1）输出控制信号的同步脉冲发生装置（6），所述可变增益放大器（1）的磁声信号输入端连接用于向可变增益放大器（1）输出磁声信号的超声换能器（7）。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的第二隔离电路（3）还通过第二稳压电路（8）连接所述的可变增益放大器（1）的电源输入端。

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