通用硬件脉冲序列发生器的研制

为了满足任意核磁共振脉冲序列的需要,提高脉冲序列发生器的性能和稳定性,本文提出了一种基于现场可编程逻辑器件（FPGA）和大容量高位宽静态存储器（SRAM）的硬件脉冲序列发生器,详细讨论了这种设计方案的特点,并通过一系列实验验证了其性能和可行性.     

核磁共振脉冲序列发生器研究进展

介绍了核磁共振脉冲序列发生器的基本结构和工作原理,从系统集成度、数据传输速率和序列存储容量等方面出发,着重探讨了近年来核磁共振脉冲序列发生器研究的进展情况,分析比较了商用和自主研发的脉冲序列发生器的优点和亟待解决的问题,并针对这些问题提出了基于USB 3.0的模块化脉冲序列发生器设计方案,该方案可以为多收发通道核磁共振成像仪的研制提供参考.     

基于Windows下Qt与脉冲发生器的串口通讯实现

串口通讯在工业领域有着重要的作用,大部分工业设备都使用串口通讯和上位机远程通讯;VC6.0的简单易用在工业中经常被使用制作各种复杂的监控控制软件,但是VC的图形绘制、API接口功能和所制作软件移植性存在很多不方便的地方,该实现方法成功使用了VC嵌套Qt的方法解决了该问题;以脉冲发生器仪器为下位机举例,在Windows XP环境下,使用VC6.0嵌套Qt3.3,制作上位机RS232通讯控制图形软件;使用该软件通讯功能用户可以设置不同的脉冲发生器参数,输出不同的脉冲序列,该软件所使用的界面、线程、串口支持类全部由Qt支持,不使用MFC功能,最终完成软件编写;结果表明,在很低的电脑配置中,Windows环境下,使用VC嵌套Qt的方式也能快速的设计出一款界面完整、功能齐全、稳定性高、移植性强的工业控制软件。     

一种中子脉冲序列核信号高速相关函数计算方法

为解决基于PC机平台、高达1 GHz采样率下的相关函数计算的实时性需求,针对中子脉冲序列核信号本身所具有的结构特点,设计了高速、实时的相关函数计算方法,实现了采样率为1 GHz的中子脉冲序列核信号的实时相关函数计算。性能测试结果表明,算法达到了对中子脉冲序列核信号进行相关计算的时间在1 h以内的实时性要求,使得铀部件质量丰度的实时检测成为可能。     

基于线性相位反演技术的自适应光学闭环实验研究

利用成像光学系统、变形镜、装有图像采集卡和D/A卡的PC机等建立了一套基于线性相位反演技术的自适应光学闭环实验系统.在Windows操作系统下用VC完成图像处理和控制算法.利用一台高测量精度的哈特曼传感器测量波前信息并评价自适应光学系统的校正效果.在不同像差大小状态下研究了这种基于线性相位反演技术的自适应光学系统的像差校正能力.收敛速度,稳定性等.实验结果表明,基于线性相位反演技术的自适应光学系统对静态小像差有较好的校正效果.     

用于团簇碰撞研究的多路多道谱数据在线获取与处理系统

开发成功了基于ISA总线的智能高速AD数据采集接口电路。在一台PC微机中,可以同时使用多个该接口电路而不占用更多的PC机内存空间。在显示和处理数据时,数据采集速度不受影响。在Windows环境下开发成功了配套软件。用此接口电路构成了多路多道能谱数据获取与在线处理系统,并已成功地应用于微团簇与固体相互作用的实验研究中。     

具有独立延时功能的脉冲序列发生器

在磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging,MRI）系统中,谱仪是中心控制单元,其脉冲序列发生器输出的多通道指令分别控制各硬件部件协调工作,从而采集数据并重建图像,各硬件部件之间的相对延时会影响磁共振图像的质量或导致系统无法采集到图像.为了解决这一问题,本文设计了每个输出通道均具有可调延时功能的脉冲序列发生器,每一路通道的最大延时值为819 μs,延时步进值为50 ns,可实现对相对延时的精确补偿.由于延时功能是通过在脉冲序列发生器每个输出通道上添加独立延时电路实现的,因此具有结构简单,灵活性高的优点.     

基于超快激光调制的纳秒脉冲X射线发射源

面向基础科学与空间应用研究领域对小型化超快脉冲X射线发射源的需求,设计并研制了基于激光调制光源与光电阴极X射线管的超快脉冲X射线发生器,解决了传统X射线调制发射装置重复频率低、时间稳定性差、脉冲特性差等应用难题.本文主要开展了脉冲X射线发生器的超快调制控制模块研究,并利用基于预调制的激光控制光源实现了高时间精度、高时间稳定度的超快时变光子信号以及纳秒脉冲X射线产生.理论方面,建立了脉冲X射线发生器时间响应模型,分析了出射脉冲X射线的时域时间特性.实验方面,搭建了基于超快闪烁体探测器的脉冲X射线时间特性实验测试系统,测试了激光控制光源及脉冲X射线发射源的时间特性参数.实验结果表明脉冲X射线发生器可同时实现高重频(12.5 MHz)、超快脉冲(4 ns)、高时间稳定度(400 ps)特性,且与所建立的理论模型高度符合.相比于传统X射线调制方案,脉冲时间参数指标得到了大幅提升、应用场景获得了极大拓展,本项研究有望为实现超高时间稳定性、超快脉冲X射线发射源提供新思路.     

面向XFEL的km级光纤链路的fs精度时钟分布

报道了一种基于光纤链路的飞秒精度的时钟分布方案。一台被动锁模的光纤飞秒激光器输出的超短脉冲序列作为主时序，通过2 km的普通单模光纤链路分发，利用平衡光学互相关技术探测传输中积累的时钟延迟误差，由光纤拉伸器和步进电机相结合在本地主动补偿，在2 h内的时钟分布稳定度优于10-18，时钟延迟标准差为1.1 fs。     

核磁共振任意波形发生器的研制

任意波形发生器（又叫函数发生器）作为一种通用的信号源,在物理、电子、计算机等领域有着广泛的应用. 本文提出了一种不依赖PC机总线的、完全独立的、 可用于低场磁共振成像的多用途任意波形发生器（Arbitrary Waveform Generator, AWG）设计方案,围绕着这种方案,研制了80 MHz通用磁共振任意波形发生器. 并提供了实际测试数据和成像实验结果,对研制情况和实验结果进行了总结和讨论.     

基于USB总线的一体化核磁共振谱仪控制台

针对台式核磁共振谱仪便携化、小型化的发展趋势，开发了一套基于USB总线的一体化核磁共振谱仪控制台，将控制/通讯部分、脉冲序列控制部分、射频发射部分与信号接收部分集成于一卡，并可实现两种工作模式. 工作模式1：系统基于USB与一台个人计算机通讯，由计算机控制来完成从对谱仪的实时控制到数据处理及显示的所有任务；工作模式2：系统由集成的微处理器控制，不需要计算机的参与，独立完成整个工作进程. 本文详细介绍了该谱仪控制台的设计思路和硬件结构，给出了常规NMR序列的实验结果.     

优化重聚脉冲提高梯度场核磁共振信号强度

缩短射频脉冲宽度, 有助于解决脉冲电力消耗大、样品吸收率高、信噪比低等极端条件核磁共振探测的关键问题. 本文首先分析射频脉冲角度对核磁共振自旋回波信号强度的影响机理, 基于Bloch方程推导了回波信号幅度与扳转角、重聚角的关系. 在特制核磁共振分析仪上采用变脉冲角度技术, 分别在均匀磁场和梯度磁场条件下实现对扳转角和重聚角与回波信号强度关系的数值模拟和实验测量. 结果表明, 梯度场中, 扳转角为90°、重聚角为140°的射频脉冲组合获得最大首波信号强度, 比180°脉冲对应的回波幅值提高13%, 能耗降低至78%. 选用该重聚角(140°) 优化设计饱和恢复脉冲序列探测流体的纵向弛豫时间T₁特性, 准确获得 T₁分布.该结果对于低电力供应、且对信噪比有较高要求的核磁共振测量, 如随钻核磁共振测井和在线核磁共振快速检测等, 具有重要意义. 关键词： 核磁共振 信号强度 重聚脉冲角度 Bloch方程     

Ising耦合体系中量子傅里叶变换的优化

量子傅里叶变换是量子计算中一种重要的量子逻辑门. 任意量子位的傅里叶变换可以分解为一系列普适的单比特量子逻辑门和两比特量子逻辑门, 这种分解方式使得傅里叶变换的实验实现简单直观, 但所用的实验时间显然不是最短的. 本文利用优化控制和数值计算方法对Ising耦合体系中多量子位傅里叶变换的实验时间进行优化, 优化后的实现方法明显短于传统方法. 优化方法的核磁共振实验实现验证了其有效性.     

基于哈德曼编码的新型高分辨定域谱

核磁共振（NMR）技术作为一种非植入无损伤的检测技术，已经广泛应用于化学、生物和医学等领域.本文基于哈德曼（Hadamard）编码的分子间单量子相干（iSQC）技术提出了一种新的序列，首先从理论上对该序列进行了简要的分析并阐明其原理，然后用套管模型实验和脑模型实验验证该序列在不均匀磁场下准确定域和快速获取高分辨谱的能力.实验表明，该序列在不均匀磁场下可以快速获取高分辨定域谱，同时抑制溶剂峰信号，具备一定的应用价值.     

基于电磁感应的脉冲功率发生器试验研究

为了验证基于电磁感应原理的脉冲发生器的可行性,设计了一种小型脉冲发生器试验模型。对发生器的初始磁场与磁芯转变过程进行了分析与计算,建立了发生器的等效电路模型,并结合试验测量的负载电阻电压得出发生器的感应电压。设计的发生器整体直径约70mm,长度约85mm,其中磁芯直径为25mm,长度为25mm,提供初始磁场的永磁体厚度为10mm,试验得出发生器感应电压峰值为784.5V,与理论计算结果基本吻合,验证了发生器的可行性。     

基于FPGA与DDS的磁共振成像射频脉冲发生器

设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)与直接数字频率合成(DDS)的磁共振成像(MRI)射频脉冲发生器,采用FPGA实现DDS,并内置软脉冲波形双端口随机存取存储器(RAM)、乘法器以及相关的控制逻辑.实现了较高的技术指标,其中频率、相位与幅度分辨率分别为32 bits、16 bits与16 bits,软脉冲波形的时间精度可达0.1?s.FPGA提供了一个可编程的接口,便于序列控制器对其进行控制,以输出射频脉冲.MRI实验结果证明了该设计的可行性.     

NMR velocimetry with 13-interval stimulated echo multi-slice imaging in natural porous media under low flow rates

Characterization and quantification of root water uptake processes play a key role in understanding and managing the effects of global climate change on agricultural production and ecosystem dynamics. Part of this understanding is related to the flow of water towards plant roots in soils. In this study we demonstrate for the first time, to our knowledge, that fluid flow in the voids of the pore space of a model soil system (natural sand) can be detected and mapped to an NMR image for mean flows as low as 0.06 mm/s even under the influence of internal magnetic field gradients. To accomplish this we combined multi-slice imaging with a 13-interval pulse sequence to the NMR pulse sequence 13-interval stimulated echo multi-slice imaging (13-interval STEMSI). The result is a largely reduced influence of the internal magnetic field gradients, leading to an improved signal-to-noise ratio which in turn enables one to acquire velocity maps where conventional stimulated echo methods fail.     

Solvent-localized NMR spectroscopy using the distant dipolar field: a method for NMR separations with a single gradient

Solvent-localized NMR (SOLO) is a new method which allows the separation of NMR spectra of substances dissolved in different solvents. It uses the selective HOMOGENIZED pulse sequence to produce a two-dimensional NMR spectrum resulting from intermolecular zero-quantum coherences in one distinct solvent. The detected signal is locally refocused by the action of the distant dipolar field, which is created by a frequency selective pulse only in regions containing the selected solvent. The prerequisites are that the different solvents have sufficiently different chemical shifts to be excited separately and that compartments with different solvents are spatially separated by more than the typical diffusion distance. Here, the method is demonstrated for the solvents water and DMSO on a length scale of 0.5 mm. Because signal in the spectra is refocused locally, SOLO is insensitive to variations in the magnetic field which may result from inhomogeneities or structures in the sample. This makes applications in strongly structured samples possible. SOLO is the first method that achieves localization of NMR signal with a single gradient pulse. Therefore, it can be used in conventional NMR spectrometers with one-axis gradient systems and lends itself to a wide range of applications including in vivo NMR.     

基于半导体开关和磁开关的全固态脉冲电源

利用磁开关来改善全固态Marx发生器的脉冲上升沿,并构建出一套脉冲电源。该套脉冲源包括基于IGBT半桥模块的Marx发生器和由磁开关与锐化电容构成的脉冲陡化电路。该电源用原边一匝的脉冲变压器为IGBT提供驱动信号,并且原副边绕组均采用同轴线以屏蔽电磁干扰;在门极采用无源过流保护的方法,以防止负载短路对IGBT放电开关造成损坏。实验结果表明:在电压10 kV,电流170 A的情况下,脉冲前沿由1.5μs压缩到了200 ns,同时IGBT的开通损耗由原来的10 mJ降到不足1 mJ。