宽带磁共振T/R开关的设计与实现

磁共振系统中的发射/接收（transmit/receive,T/R）开关用于收发通路的切换,要求在隔离大功率信号的同时具有较小的插入损耗;另外,在宽带磁共振谱仪中,一般的窄带T/R开关也不再适用.本文基于PIN（positive-intrinsic-negative）二极管设计了工作频率为10~100 MHz的宽带磁共振T/R开关.通过减小电平跳变、优化开关过冲和解决二极管被动导通等问题,获得了插入损耗小于1 dB、大功率信号隔离度大于75 dB、开关时间1 μs的整体性能.用本文设计的宽带T/R开关替代一般探头中的窄带T/R开关,在0.5 T核磁共振（NMR）波谱仪上测得了氢核和氟核两个不同频率的磁共振信号,验证了宽带T/R开关的宽带性能.     

一体化核磁共振谱仪控制台的软件系统设计

提出了一体化核磁共振谱仪控制台的软件系统设计方案,主要包括2部分,一部分是安装在谱仪控制台上的嵌入式Linux操作系统及实时控制软件,另外一部分是PC机上的界面控制软件. 2部分软件之间利用socket网络接口进行数据交互, 采用TCP/IP通信协议,这样既能保证数据传输的可靠性又可以达到较高的数据传输速率. 通过网络通信,该谱仪控制台还可以接受远程操控和系统升级. 该文具体阐述了该软件系统的设计思路和设计方法,对设计的软件系统进行了实验测试,并对实验结果进行了讨论.     

基于NI PXIe-7966R的磁共振成像接收机设计

提出了一种基于NI PXIe-7966R（National Instruments Corporation,美国）的磁共振成像（MRI）接收机设计方案,进行磁共振信号直接采样、数字下变频（DDC）和数据上传,以及磁共振图像恢复．使用NI LabVIEW FPGA（National Instruments Corporation,美国）开发平台,对NI PXIe-7966R板载现场可编程门阵列（FPGA）内构建的所有功能模块进行了设计仿真和硬件描述语言生成,使其能灵活实现DDC功能．设计的接收机的采样速度为50 Mbps、模数转换位数为16位、带宽设置范围为100 Hz~1 MHz,并具有较好的滤波效果．实验结果表明,该设计方案是一种高性能的磁共振接收机方案．     

基于磁通门和时域数字鉴频的磁场锁定系统

永磁型磁共振仪器的磁体易受温度和其他环境磁场干扰,造成主磁场波动,进而影响仪器测量的重复性和准确性.本文讨论了两种解决磁场波动的锁定方法：一方面,通过磁通门传感器对环境波动引起的瞬态磁场进行高灵敏探测,然后采用现场可编程门阵列进行实时处理并计算磁场补偿量;另一方面,针对环境温度变化引起的缓慢磁场偏移,则采用时域数字鉴频锁场方法,在对锁样品进行射频激发后,将磁共振信号通过混频变换到较低的频率范围,再转换为方波,然后直接送入现场可编程门阵列进行周期测量,并计算磁场补偿量.将两种方法获得的磁场补偿量叠加后,再转换为电流信号驱动安装在磁体上的B₀补偿线圈,并研制了一套磁场锁定系统,以实现对磁场的锁定. 在0.5 T食品快检磁共振分析仪上进行测试验证,结果显示当受到瞬态干扰时,可将磁场稳定在±4 Hz（对应磁场为±0.093 9 μT）范围内,同时也可以精准测量温度造成的磁场偏移,该结果验证了本文磁场锁定方法的可行性.     

基于双参考源的数字磁共振控制台相位相干技术

本文提出了一种在数字磁共振控制台中保证发射机与接收机之间相位相干的方法.该方法通过可编程数字逻辑在发射机与接收机中各设计了一个同频的数字参考源,脉冲序列执行过程中,当发射机或接收机由于进行了频率切换而失去相位相干性时,通过重新设置它们的相位以确保它们与各自的参考源同步,从而恢复两者之间的相位相干性.经过水膜成像实验验证,该方法具有良好的成像效果,且既不需要额外的硬件电路,也不增加序列设计的复杂度,具有很高的实用性.     

磁共振快速T/R开关驱动器研制

在磁共振T/R开关和主动失谐线圈中广泛使用PIN管,由外部驱动器向PIN管提供驱动电源,控制其导通或截止,从而达到开关切换和线圈失谐的目的.因此,驱动器的性能直接影响T/R开关和线圈的性能.该工作提出了一种新的T/R开关驱动器设计方案.电路中门控信号与驱动电源互相隔离,同时包含了场效应管死区调整电路,提高了电路稳定性和灵活性.该电路开关切换时间可达500 ns,驱动电压和电流理论上分别可达400 V和10 A以上,具有快速、驱动能力强等特点.可用于快速T/R开关和主动失谐线圈的驱动、缩短死时间、减小发射线圈和接收线圈间的耦合.