[发明专利]一种兆赫兹脉冲弱磁场检测实验系统及信号处理系统

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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0.1～1.0MHz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。

发明内容

本发明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。

本发明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0-10cm。

所述的磁场检测单元产生磁场的磁感应强度为1μT-20μT。

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。

本发明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1是本发明的系统结构框图；

图2是本发明的磁场激励单元结构框图；

图3是本发明的磁场检测单元结构框图；

图4是本发明的信号采集单元结构框图；

图5是本发明的线圈固定装置结构示意图；

图6是本发明的信号处理单元结构框图；

图7是本发明信号处理单元算法示意图；

图8是本发明的工作基本原理示意图：

图9是本发明的系统工作过程示意图。

1：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