高场核磁共振波谱仪频率合成器设计

提出了一种基于锁相环(Phase-locked Loop, PLL)与直接数字合成(Direct Digital Synthesis, DSS)等技术相结合的高场核磁共振波谱仪频率合成器设计方案．该系统以单片机为控制器完成算法运行、参数配置和CAN 总线通信功能,运用PLL 技术和DDS 技术相结合的频率合成方案,通过两次混频,使频率粗调和细调灵活可控,实现宽带低噪声频率输出．将该频率合成器用于自主研制开发的核磁共振波谱仪上进行实验验证,测试得到的线形和灵敏度均达到指标要求,结果证明该设计方案具有可行性．     

宽带低相噪频率合成器的设计与实现

介绍了一种宽带、 高分辨率和低相噪频率合成器的设计与实现方案. 该频率合成器包含3个部分：(1) STM32处理器部分,作为频率合成器的控制器并为其提供远程控制的CAN总线接口;(2) 时钟分配单元,用于产生固定频率的参考信号和输出频率的精确调整;(3) 三混频部分,以30 MHz的步进改变频率合成器的输出频率. 将该频率合成器应用在自主研发的500 MHz液体高分辨率NMR谱仪上,测试了¹H NMR标样样品的灵敏度,实验结果证明了该方案的可行性.     

300 MHz核磁共振频率源的研制

介绍了基于Analog Device公司AD9954设计的数字化频率源,可以实现宽带高频（5 MHz~125 MHz、280 MHz~301 MHz）、高稳定度（1×10^-9）、低相位噪声（301 MHz,≤-127 dBc/Hz@250 kHz offset）频率输出以及频率、相位和幅度的高速切换. 该数字化频率源可应用于300 MHz核磁共振谱仪和磁共振成像仪,可部分取代昂贵的进口频率源. 本文最后给出核磁实验结果.     

基于FPGA的低场核磁共振谱仪脉冲编程器设计与实现

脉冲编程器在核磁共振(NMR) 谱仪中非常重要,具有产生脉冲序列所需的射频脉冲,控制回波信号的同步接收等功能. 基于FPGA的同步性能和时序控制功能,设计了低场NMR谱仪的脉冲编程器,可产生任意脉冲序列,实现脉冲频率、相位、幅度的灵活调节. 利用设计的脉冲编程器在0.540 Tesla均匀磁场下进行了CuSO₄溶液的T₁和T₂测量,得到高信噪比的NMR回波串.     

基于ARM的核磁共振波谱仪气动温控系统设计

提出了一种基于ARM（Advanced RISC Machine,先进精简指令计算机）的核磁共振波谱仪气动温控系统设计方案. 该控制系统以ARM为控制器,利用其内嵌的CAN控制器实现CAN总线通信,通过PID控制算法控制气流和温度,实现控制NMR实验样品的更换和旋转,检测并控制样品的温度等功能. 该设计方案具有系统控制灵活、控制精度高以及成本低的优点.      

用于核磁共振的直接数字合成频率源

直接数字频率源的使用可以简化核磁共振谱仪的设计,降低核磁共振谱仪设计的成本. 文中介绍一种采用Analog Device公司的AD7008芯片设计的基于PC机的直接数字合成频率源,它可实现频率和相位的高速切换,频率分辨率为0.01Hz,相位分辨率为0.09°,最后给出核磁共振实验结果.     

CAN总线在核磁共振波谱仪中的应用

介绍基于CAN（Controller Area Network,控制器局域网）总线构建核磁共振波谱仪通信系统的方案. 由STM32、FPGA（Field Programmable Gate Array, 现场可编程门阵列）和PCI-104完成CAN总线与以太网之间的通信数据转换,并使用可复用的CAN驱动程序设计方法简化系统设计, 实现了谱仪工作站与各控制器之间高速可靠的通信. 调谐实验过程中的数据通信测试结果表明,CAN总线是构建核磁共振波谱仪通信系统理想的解决方案.     

一体化核磁共振数字接收机的设计

提出一种基于AD9874的数字接收机设计,其主要部件如放大器、混频器、数字解调器等都集成在单块芯片中,利用此一体化数字接收机可以大大简化核磁共振谱仪的设计. 最后给出了核磁共振的实验结果.     

基于水冷磁体的超高场核磁共振波谱仪前置放大器系统设计与实现

基于水冷电磁体的超高场核磁共振实验的需求,提出了一种适用于该类核磁共振波谱仪的前置放大器系统的设计方案并予以实现.该系统包括前置放大器控制器、高带前置放大器、高带混频器、宽带前置放大器以及宽带混频器,实现了通道之间的自由切换、发射与接收的快速切换以及较大的接收动态范围、较低的噪声系数.     

一种铷原子频标频率综合器新方案的设计与实现

数字化和小型化是铷原子频标（RAFS）发展的重要方向．在传统铷原子频标电路中,6 840 MHz微波信号与频率综合器产生的5.312 5 MHz信号进行混频,得到用于激励铷原子跃迁的6 834.687 5 MHz微波探寻信号．早期铷频标的频率综合器大量使用了分立的模拟器件,数字化程度低、参数优化工作繁杂、电路体积较大．目前常用直接数字频率合成器（DDS）方案直接产生5.312 5 MHz信号,但这种数字电路方案通常需要对10 MHz信号进行倍频,它存在频谱纯度较低、相位噪声高等缺点．本文介绍一种产生5.312 5 MHz信号的频率综合器解决方案,这种设计方案在应用DDS器件时无需使用10 MHz倍频电路,它具有频谱纯度较高、相位噪声低、输出频率和相位可调等优点．     

一体化NMR波谱仪梯度-场频联锁-匀场系统设计

介绍一体化核磁共振波谱仪梯度-场频联锁-匀场系统的设计方案. 该方案使用嵌入式以太网、FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)、EMI(External Memory Interface, 外部存储器接口)和高速串行总线等技术构建了基于以太网的通信系统和使用并行运算的控制系统, 并具备CAN(Controller Area Network,控制器局域网)总线通信的能力. 梯度放大器通过LVDS(Low-Voltage Differential Signaling,低压差分信号传输)接口与主控系统的梯度波形发生器连接,实现与谱仪工作站的交互. 系统采用插板式结构和通用性电路的设计方法,具有很好的扩展能力和适应性,能够满足不同谱仪的需求. 系统在11.7 T(500 MHz)NMR系统中进行了有效的锁场、匀场和梯度特性的测试,证明了该方案的可行性.     

低场核磁共振仪器振铃抑制新方法及其电路实现

加快天线残余能量释放以减弱天线振铃信号有利于缩短低场核磁共振仪器的回波间隔（TE）,从而提高快弛豫组分的测量分辨率和信噪比（SNR）．而天线Q值对能量的发射效率和泄放速度起着相反的作用．为此,我们首先设计了一种新型Q转换电路,在保证发射效率的同时,可以大大缩短能量泄放时间．在此基础上,应用了一种优化的脉冲序列以弥补传统相位交替对脉冲序列（PAPs）不能消除90°脉冲振铃的缺陷,通过相位循环的方法进一步提高了信噪比．最后,在2 MHz岩心分析仪上测试了新型Q转换电路,当天线Q值降为发射期间的约1/5时,天线恢复时间由280.0 μs降为18.2 μs;而且,使用新型Q转换电路和优化的脉冲序列后,TE=60 μs时,可以有效获得快弛豫组分的T₂信号．     

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.     

高性能核磁共振弛豫分析仪匀场系统的设计与实现

磁场的高均匀性是高性能核磁共振弛豫分析仪实现短弛豫时间样品和微弱信号核磁共振（NMR）检测的基本保障.该文以0.45 T双极型永磁体作为设计核心部件,在大范围磁体空间-25.4 mm球空间（DSV）内,基于目标场法设计了X、Y、Z、XY、XZ、YZ、Z²共7组有源匀场线圈,根据线圈供电要求,设计了可编程恒流电源,搭建了可用于高性能核磁共振弛豫分析仪磁体的有源匀场系统,介绍了系统的基本结构、设计过程及匀场方法.实验测试结果验证了大范围磁体空间内该匀场系统的实用性.     

动态核极化谱仪的技术改造

介绍了动态核极化(DNP)谱仪数字系统的改造和一套的射频发射和接收系统的建立.谱仪射频通道的90°脉冲宽度为5μs,能完全满足固体交叉极化和大功率去耦的实验要求.实现了DNP增强曲线的自动测量     

一体化核磁共振谱仪数据交换的实现机制

核磁共振（NMR）随着其应用领域的拓展和深入,核磁共振谱仪技术得到了不断的发展和完善^[1,2]_. 针对以往谱仪存在的一些问题,本文提出了一种一体化核磁共振谱仪数据交换的实现机制,同时提出了基于ARM（Advanced RISC Machines,先进精简指令计算机）微处理器的嵌入式操作系统软件设计方案,并给出了谱仪各功能模块的实际性能测试结果,对实验结果进行了总结和讨论.      

高场核磁共振波谱仪宽带前置放大器的研制

宽带前置放大器是磁共振仪器的重要部件,其性能决定了整个仪器X核通道的检测灵敏度. 根据射频电路理论以及磁共振波谱仪整体性能指标的要求,设计并实现了可应用于高场核磁共振波谱仪的高性能宽带前置放大器. 实测结果表明,所研制的核磁共振波谱仪宽带前置放大器在15 MHz~300 MHz频率范围内,其工作性能达到：带内增益>38 dB,带内平坦度<1.5 dB,噪声系数基本保持在1.2 dB以下,射频开关切换时间<1.5 μs,具有带内增益平坦度高,噪声系数小,发射状态下放大器前端保护电路隔离度高,以及工作状态检测电路准确、简洁的特点. 同时高场核磁共振碳和磷等杂核实验显示,利用所研制的宽带前置放大器可检测到具有较高信噪比的NMR信号.     

频率合成器程控化设计

利用单片机程序控制的频率合成器数字锁相环 ,智能化的频率选择技术 ,使多路信号实时精确产生。     

核磁共振波谱仪接收机的设计与实现

介绍了液体高分辨率核磁共振波谱仪接收机的设计. 接收机以PCI-104为控制器实现网络通信与采样流程控制,通过FPGA（Field Programmable Gate Array, 现场可编程门阵列）实现数字中频接电路的控制和数据处理,简化了硬件结构;通过在接收机中引入脉冲序列生成器,产生接收机所需的采样控制信号,降低接收机与系统其他模块的耦合度. 最后组成500 MHz核磁共振波谱仪实现核磁共振信号的检测.     

核磁共振技术在生物组织中的应用

在生物组织内部存在大量的生化、生理反应以及分子的扩散运动,它们相互独立, 又相互关联,共同构成一个生化反应网络. 在病理条件下,某些生化反应过程会发生改变,代谢中间体可能会出现质和量的变化. 核磁共振 (NMR)可以对这些过程的研究提供非常有用的信息. 目前,有3种核磁共振波谱技术可以用于生物组织的研究：① 活体组织定域波谱技术;② 生物组织提取物的液体高分辨核磁共振技术;③ 离体组织的高分辨魔角旋转技术. 这些方法各有优劣,互为补充. 介绍了在生物组织的NMR研究方面的最新进展.