通过连续平均提高信噪比：在磁共振中的应用

光谱学研究通常涉及测量功率随某些外部参数的变化关系。为了提高信噪比，通常的做法是调制辐射与样品之间的相互作用，并将所得信号输入同步检波器，随后连接积分滤波器和图表记录仪。对微弱信号的长时间搜索可能需要较慢的扫描速率和较长的时间常数。这种组合对设备的稳定性提出了严苛要求，因为任何非随机噪声都可能因超出图表记录仪的动态范围而破坏单次扫描。解决该问题的另一种方法是累加全波谱的多次相对快速扫描，从而使信号相干叠加，而噪声随机叠加。前一种方法可称为频域滤波，而后一种方法则称为时域滤波。在此，我们报道了后一种方法的一个范例，该方法采用多道脉冲高度分析仪作为存储设备。来自波谱仪（nuclear magnetic resonance 或 electron paramagnetic resonance）输出端的电压被转换为脉冲，脉冲速率与电压成正比。各通道与磁场的推进保持同步依次开启。因此，每个通道对应于磁场的一个有限区域，而每个通道中的计数与该磁场对应电压的时间积分成正比。在这样的布置中，信号与扫描次数呈线性正比增加，而噪声则按扫描次数的平方根增加。实际上，平均响应是在被连续计算的。106 pulses/channel 的巨大动态范围消除了过载或饱和效应。由于未采用长微积分时间常数，低频噪声不再是限制设备性能的因素。我们展示了通过数千次扫描获得的光谱，证明信噪比可以在不牺牲带宽的情况下提高一到两个数量级。