【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及磁場測量與微弱信號檢測領域，具體涉及一種基于互譜分析的磁屏蔽桶噪底評估方法。
技術介紹
1、極弱生物磁場測量在醫(yī)療手術、疾病診斷具有重要意義，為了實現百ft量級腦磁，百pt量級心磁的測量，極弱磁場測量裝置需要依靠磁屏蔽裝置，實現對強大地磁場與各種電磁設備的屏蔽，因此磁屏蔽裝置的性能直接關系到生物磁測量裝置中核心傳感器——原子磁強計的靈敏度。屏蔽桶作為目前心腦磁測量采用的主要屏蔽裝置，通常由四層坡莫合金屏蔽層，對低頻磁場進行屏蔽，再配合純鋁材料進行建造，對高頻磁場屏蔽。磁屏蔽桶的關鍵指標包括屏蔽因子和屏蔽桶內噪底，由于屏蔽材料、結構、工藝差異，屏蔽桶指標直接受其影響，而屏蔽環(huán)境噪底高低決定其是否為生物磁測量裝置的主要噪聲干擾源，因此對屏蔽桶噪聲測定非常重要。
2、目前，國內設計制造的全封閉式磁屏蔽桶中心噪底可達10ft/hz-1/2以下，坡莫合金內部組合鐵氧體桶甚至能達到低至1ft/hz-1/2水平，而目前國內外商用磁測量傳感器靈敏度最高的原子磁強計靈敏度在30ft/hz-1/2，難以對屏蔽桶噪聲進行直接評估，因此需要研發(fā)更高精度的計量型磁強計。
技術實現思路
1、針對以上技術問題，本專利技術的目的在于提供一種基于互譜分析的磁屏蔽桶噪底評估方法，能夠通過使用30ft/hz-1/2靈敏度商用磁強計，或者用心磁裝置中用于探測心磁的磁強計，靈敏度與商用水平相當，實現10ft/hz-1/2甚至更低噪聲屏蔽桶的噪底進行評估。
2、本專利技術的技術解決方案如
3、一種基于互譜分析的磁屏蔽桶噪底評估方法，其特征在于，包括以下步驟：
4、步驟1，利用第一原子磁強計通過磁屏蔽桶中心位置建立第一噪聲數據采集通道并形成第一通道離散電壓噪聲數據，同時利用第二原子磁強計通過磁屏蔽桶中心位置建立第二噪聲數據采集通道并形成第二通道離散電壓噪聲數據；
5、步驟2，對第一通道離散電壓噪聲數據和第二通道離散電壓噪聲數據分別進行漢寧窗加窗處理；
6、步驟3，對第一通道加窗數據和第二通道加窗數據分別進行離散傅里葉變換，得到第一通道頻譜數據v1(fn)，和第二通道頻譜數據v2(fn)；
7、步驟4，將v1(fn)和v2(fn)進行互譜運算，得到兩個原子磁強計共模成分的功率譜密度x(fn)，利用v1(fn)得到第一原子磁強計的功率譜密度p1(fn)，利用v2(fn)得到第二原子磁強計的功率譜密度p2(fn)，利用x(fn)得到磁屏蔽桶噪底。
8、步驟1中的第一原子磁強計和第二原子磁強計均為30ft/hz-1/2靈敏度商用磁強計，或者心磁裝置中用于探測心磁的磁強計，磁強計輸出的光電流通過跨阻放大器轉化為電壓量，并通過模數轉換采集器采集離散電壓數據。
9、步驟2中包括以下公式：
10、
11、其中wh(m)為窗函數，m為單個磁強計總采樣點數，m是正整數，m為采樣點數序列0≤m≤m，m是整數，通過將wh(m)與離散電壓數據相乘完成對磁強計離散電壓數據的加窗處理。
12、步驟3中包括以下公式：
13、
14、其中v1(m)是第一通道離散電壓噪聲數據，v2(m)是第二通道離散電壓噪聲數據，n是正整數，e是自然常數，i是虛數單位。
15、步驟4中包括以下公式：
16、
17、其中fs為采樣率，是對v1(fn)進行的共軛運算。
18、步驟4中包括：利用磁強計的磁場電壓響應系數進行轉化，計算得到磁屏蔽桶噪底。
19、步驟4中包括以下步驟：
20、步驟41，保留x(fn)的實部，該實部為x(fn)的幅值；
21、步驟42：對于p1(fn)中和p2(fn)中以及x(fn)的實部中，均取每1hz頻率范圍內的平均值作為各自整數頻率點的功率譜密度值p1、p2和x，p1對應p1(fn)，p2對應p2(fn)，x對應x(fn)；
22、步驟43：對x開根號得到電壓噪聲幅值，電壓噪聲幅值單位為v/hz-1/2，利用磁強計的電壓磁場轉換系數k，k的單位為v/nt，將k除以所述電壓噪聲幅值即得到磁屏蔽桶噪底數值，該數值越大，噪底越高。
23、步驟1中的第一原子磁強計和第二原子磁強計的敏感軸方向平行，兩個磁強計本征噪聲為非相關信號，且這兩個磁強計響應度相差不超過一個數量級。
24、與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：
25、現有商用原子磁強計最高靈敏度在30ft/hz-1/2，難以對更低噪聲的屏蔽桶噪聲進行直接評估，因此需要研發(fā)更高精度的計量型磁強計，且現有更高精度的磁強計還處于實驗室階段。該方法，只需要兩個獨立的商用型原子磁強計，或者心腦磁裝置中任意相鄰通道，即可通過算法評估屏蔽桶噪底，成本低且無需復雜化原有心腦磁裝置。進一步的，也可以對心腦磁裝置的運行環(huán)境進行測試評估，輔助故障診斷，用于分析心腦磁裝置的主要干擾源。此外，該方法本質上是提取不同傳感器間的共模成分，亦可適用于共模干擾抑制等科研或商業(yè)應用中。
26、本專利技術基于維納-辛欽定理：任意一個均值為常數的廣義平穩(wěn)隨機過程的功率譜密度是其自相關函數的傅里葉變換。對雙通道磁強計信號進行互相關，對結果進行傅里葉變換。利用兩個獨立的磁強計之間的共模相干成分是磁屏蔽桶的磁噪聲，而通道間差模成分不相干的特性，交換互相關和傅里葉變化的積分次序，即可得到通過推導得到兩個通道中屏蔽桶噪底信號的自相關，因此通過上述互譜運算得到了兩個獨立磁強計的共模成分，即磁屏蔽桶的噪底。
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1.一種基于互譜分析的磁屏蔽桶噪底評估方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于互譜分析的磁屏蔽桶噪底評估方法，其特征在于，步驟1中的第一原子磁強計和第二原子磁強計均為30fT/Hz-1/2靈敏度商用磁強計，或者心磁裝置中用于探測心磁的磁強計，磁強計輸出的光電流通過跨阻放大器轉化為電壓量，并通過模數轉換采集器采集離散電壓數據。
3.根據權利要求1所述的基于互譜分析的磁屏蔽桶噪底評估方法，其特征在于，步驟2中包括以下公式：
4.根據權利要求1所述的基于互譜分析的磁屏蔽桶噪底評估方法，其特征在于，步驟3中包括以下公式：
5.根據權利要求1所述的基于互譜分析的磁屏蔽桶噪底評估方法，其特征在于，步驟4中包括以下公式：
6.根據權利要求1所述的基于互譜分析的磁屏蔽桶噪底評估方法，其特征在于，步驟4中包括：利用磁強計的磁場電壓響應系數進行轉化，計算得到磁屏蔽桶噪底。
7.根據權利要求1所述的基于互譜分析的磁屏蔽桶噪底評估方法，其特征在于，步驟1中的第一原子磁強計和第二原子磁強計的敏感軸方向平行，兩個磁
...【技術特征摘要】
1.一種基于互譜分析的磁屏蔽桶噪底評估方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于互譜分析的磁屏蔽桶噪底評估方法，其特征在于，步驟1中的第一原子磁強計和第二原子磁強計均為30ft/hz-1/2靈敏度商用磁強計，或者心磁裝置中用于探測心磁的磁強計，磁強計輸出的光電流通過跨阻放大器轉化為電壓量，并通過模數轉換采集器采集離散電壓數據。
3.根據權利要求1所述的基于互譜分析的磁屏蔽桶噪底評估方法，其特征在于，步驟2中包括以下公式：
4.根據權利要求1所述的基于互譜分析的磁屏蔽桶噪底...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：宋欣達，吳震東，王亞翔，索宇辰，龍騰躍，吳迪，雷旭升，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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