NMR波谱仪控制台系统的软件测试

作为保证软件质量的重要手段,软件测试多年来一直受到关注. 本文阐述了核磁共振（NMR）波谱仪研制中的软件测试方法,从软件测试的概念出发,结合波谱仪控制台系统的软件结构和核磁共振实验本身的特性,介绍了整个测试过程,分析了测试难点及其解决方法,并详细说明了软件测试的实现过程以及在提高波谱仪可靠性和稳定性上所起的积极作用.      

基于FPGA小型化谱仪控制台的设计

针对核磁共振波谱仪中控制台的功能需求,考虑到仪器小型化的趋势,提出了基于FPGA和ARM的小型化控制台设计方案. 该方案具有体积小、处理速度快、控制精准、开发周期短和成本低等特点. 该文着重介绍了FPGA在系统中的功能实现,包括命令字接收、参数配置、脉冲发射和数据采样模块. ARM嵌入式模块实现控制台与上位机的以太网通信,以及和FPGA的高速并行总线通信,使控制台内部运行不受网络状况的干扰. 最后针对该设计方案提出几点改进建议.     

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.     

基于自主研发的500 MHz NMR谱仪的紫杉醇结构解析

中国科学院武汉物理与数学研究所（WIPM）于2010年成功研制了500 MHz（WIPM-I 500）高分辨超导核磁共振（NMR）谱仪,并将其投入实际应用中.然而,关于其二维核磁共振（2D NMR）谱图的准确性及在此基础上对复杂物质的结构解析尚无系统完整的数据报道.该文利用WIPM-I 500型NMR谱仪,对紫杉醇样品进行了1D NMR及2D NMR（包括¹H-¹H COSY、¹H-¹H TOCSY、J-Res、¹H-¹³C HMQC和¹H-¹³C HMBC）实验,将谱图分析结果与进口仪器进行了对比.结果表明：利用WIPM-I 500型NMR谱仪能够采集准确的2D NMR谱图,为紫杉醇的正确归属提供了实验基础;而且该文也纠正了文献中对紫杉醇的错误归属.     

具有快速调制功能NMR发射机的设计与实现

介绍了一种具有快速幅度、相位和频率调制功能的核磁共振射频发射机. 数字中频子系统中采用了两个级联的数控振荡器,前一级数控振荡器在FPGA内实现,用于产生基带调制信号;后一级则采用具有正交调制功能的DDS芯片,由它来完成基带信号的采样率转换、中频产生、调制和输出. 射频脉冲的相位和频率偏置的设置直接由级联NCO实现,而幅度设置则由步进衰减器和中频幅度调制共同实现. 该发射机的基本性能和功能满足常规1D/2D NMR实验需求.     

NMR谱仪软件脚本环境的研究与应用

主要讨论在核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance,NMR）谱仪软件中引入脚本环境的方法和应用. 首先,介绍脚本语言的概念,并比较分析了几种脚本解析器;其次,概述了谱仪软件的系统结构,阐述了使用QtScript引擎建立脚本环境的方法,并结合NMR软件系统中实验参数、命令行等模块,提出了可行的脚本化方案;最后,给出了测试结果和改进方法.     

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.     

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.     

一种宽能谱多球中子谱仪的研制

利用蒙特卡罗程序MCNPX模拟计算了纯聚乙烯球和加入辅助材料的聚乙烯球对不同能量中子的响应函数曲线,使用计算出来的响应函数作为U-M-G软件解谱所需输入文件。研发了一套专门为此多球谱仪进行数据采集的放大甄别一体化电路,该电路可为SP9管提供900 V的工作高压,甄别阈设为0.5 V,总的放大倍数为200倍。使用研制的Bonner球谱仪对已知源强的Pu-Be中子源进行能谱测量,测量结果显示解出的能谱数据与实际Pu-Be源中子能谱较为符合,实验结果验证了该套多球谱仪可用于测量Pu-Be能区的中子谱。Neutron response of Bonner spheres which include pure polyethylene and polyethylene with auxiliary material was calculated with Monte Carlo code MCNPx, the calculated response was used as the input le of U-M-G code for neutronspectrum unfolding. A special screening of ampli cation integrated circuits was developed, which can provides high voltage 900 V working for the SP9 tube, the screening threshold is set to 0.5 V and total magni cation is 200. Neutron energy spectrum of a Pu-Be source were measured with the developed Bonner spheres spectrometer,good agreement was found in the measured result of the spectrum datasolutionand the real spectrum, which indicated that the multi-sphere spectrometer was reliable in the neutron measurement at energy region of Pu-Be neutron source.     

一种配备于ESR谱仪的计算机系统

本文介绍了一种在JES-FE型ESR谱仪上进行数据采集、信号平均、并具有数据平滑、g值计算、积分、加减谱、绘图等数据处理功能的计算机系统。系统由IBM-PC微机和由时钟脉冲电路、A/D转换电路等组成的接口、电路及应用软件组成。该系统可在扫场速度1ms-128min的广泛范围内采样及信号平均。该系统大大提高了ESR谱仪在短寿命自由基测定及微弱信号检测方面的应用。其主要功能和技术指标已达到该机原配套的ES-PRIT₂3系统的水平,但价格不及其五分之一。     

基于NMR谱仪的医学MRI软件系统

开发了基于核磁共振（NMR）谱仪的医学MRI软件系统. 本文主要介绍了数据采集及处理系统,扫描方案的设计可以用于几乎所有的磁共振成像实验,预扫描定制方案解决了不同实验应有不同的预扫描这一要求,谱仪的无关性保证了本系统可以很方便地附加在任何谱仪上. 最后给出了软件系统跟DiSpect谱仪相联并在0.35 T系统上获取的实验结果.     

自主研制核磁共振波谱仪的性能评估

主要介绍自主研制500 MHz核磁共振谱仪的性能评估情况,旨在建立一台功能完整的核磁共振波谱仪. 首先利用系统调试使控制台各个硬件单元在用户软件控制下实现NMR实验中的基本功能,然后通过性能测试保障功率线性度、信号稳定性和场频联锁的可靠性,实验验证了谱仪溶剂峰压制的效果,并获得良好的探头线形指标（0.43/5.46/10.73 Hz）和¹H灵敏度指标（信噪比为728∶1）,表明自主研制500 MHz核磁共振波谱仪系统能够满足常规核磁共振实验需求.     

便携式核磁共振谱仪的研究进展

与超导核磁共振谱仪相比,便携式核磁共振谱仪虽然在灵敏度和分辨率方面存在不足,但是其在快速现场检测方面具有明显的优势和广阔的应用前景.近年来,新技术和新方法的出现有效提高了便携式NMR谱仪的分析能力,使得它更具实用性.该文介绍了便携式NMR谱仪在核心软硬件、高分辨实验方法和实际应用等方面的最新进展,并对以后的发展方向进行了展望.     

基于超表面的多光谱成像系统设计

超表面是一种人工制造的亚波长结构阵列平面,重量轻,易集成,可实现多种功能,被广泛应用于诸多领域。传统光谱成像系统依赖于色散元件及光程累积相位差实现不同波长的色散与聚焦,无法满足系统集成化需求。不同于传统光学元件依赖电磁波在介质中传播累积相位差,超表面依靠界面相位变化来进行相位调控,可实现十分轻薄的光学系统。研究传输相位型超表面,使用时域有限差分算法(FDTD算法)优化单元结构。将超表面引入光谱成像系统中,通过优化亚波长结构尺寸,进行结构排布,开展超表面光谱成像系统研究,实现多波长色散与聚焦独立调控。利用该方法,扫描不同单元结构参数对相位的影响,依照聚焦的相位分布针对不同波长设计对应的位相分布,仿真实现了一个波段范围为510～720 nm,焦距为2 mm,谱段数为八个的超表面多光谱成像系统。通过电磁仿真软件FDTD solutions和数据处理软件计算全模结构电场的远场分布,并分析了系统的成像性能。相比于传统光栅或棱镜分光结构,超表面光谱成像系统可有效减小系统体积,其超轻、超薄、便携特点解决了现有光谱成像系统的应用局限性,为小型化、轻量化光谱成像系统的研制提供了一种新的解决方案。     

Internet Technology in Magnetic Resonance: A Common Gateway Interface Program for the World-Wide Web NMR Spectrometer

A custom-written Common Gateway Interface (CGI) program for remote control of an NMR spectrometer using a World Wide Web browser has been described. The program, running on a UNIX workstation, uses multiple processes to handle concurrent tasks of interacting with the user and with the spectrometer. The program's parent process communicates with the browser and sends out commands to the spectrometer; the child process is mainly responsible for data acquisition. Communication between the processes is via the shared memory mechanism. The WWW pages that have been developed for the system make use of the frames feature of web browsers. The CGI program provides an intuitive user interface to the NMR spectrometer, making, in effect, a complex system an easy-to-use Web appliance.