連續波核磁共振系統頻率自動鎖定裝置的製作方法

2023-06-23 07:05:41 2

專利名稱：連續波核磁共振系統頻率自動鎖定裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及核磁共振領域，尤其是連續波核磁共振系統頻率自動鎖定裝置。
背景技術：
連續波核磁共振技術廣泛引用於無損檢測領域，尤其對含H1物質油、水和蛋白質 的檢測精度非常高。同時連續波核磁共振的裝置較其他核磁共振技術實現簡單，有利於設 備的低成本化。把待測樣品放入連續波核磁共振裝置的樣品管中，利用共振信號大小與樣 品含H1量成正比的關係，可以測量計算出樣品中H1物質的質量以及百分比。這在現實中有 很大意義，例如可以快速測量菜籽、棉籽的含油量，對育種優化和採購加工都有很強指導 作用。連續波核磁共振通過恆定的射頻場作用於核系統，檢測核對頻率的信號變化。連 續波核磁共振系統中會有周期性慢變化數十赫茲的磁場，頻率共振時，周期性的磁場會使 檢測核在恆定的射頻場中周期性的發生共振，因此我們也能夠觀察到周期性的共振信號。 每套連續波核磁共振系統都會有一定的頻率覆蓋範圍，如圖2所示，當射頻場落到該覆蓋 範圍就能夠激發核磁共振。為了得到穩定的可觀察的等距共振信號，我們需要調節射頻場， 使其等於頻率覆蓋的中間值，如圖3所示，我們也稱該射頻場頻率為共振頻率。連續波核磁共振技術雖然應用前景十分廣泛，但核磁共振設備實用化過程要解決 很多實際困難，例如連續波核磁共振系統的共振頻率會隨溫度變化，每次實驗前必須對射 頻場頻率進行調節，使其始終等於系統共振頻率，這樣測試結果才能夠得以保證，因此在溫 度變化較大的工作環境中，這種調節操作需要頻繁進行，人為疏忽沒有進行頻率調節而進 行測試的話，會給測試帶來很大的誤差，甚至使測試毫無意義。傳統的頻率調節是人工手動進行的，調節完成的判斷依據也是肉眼觀測周期性核 磁共振信號的重合度。這種過程會引入很多人為誤差，也是導致連續波核磁共振技術測量 產生較大誤差的一個重要原因。
發明內容本實用新型的目的是為了克服傳統方法存在的缺陷，提供一種快速、準確性高的 連續波核磁共振系統頻率自動鎖定裝置。本實用新型解決以上技術問題而採用的技術方案是連續波核磁共振系統頻率自 動鎖定裝置，其不同之處在於其包括中央處理器、數控頻率發生器、振蕩器、檢測器、放大 器、數模轉換器、掃場頻率功率控制器、顯示屏、樣品管和磁體，掃場頻率功率控制器將低頻 三角波掃場信號傳送給磁體從而驅動磁體中的線圈產生交變的磁場，樣品管放置在磁體線 圈產生的交變的磁場中並與振蕩器相聯接，檢測器接收來自振蕩器的核磁共振信號並將其 發送到放大器進行模擬放大，數模轉換器將模擬放大後的核磁共振信號轉換成數字核磁共 振信號後送至中央處理器，中央處理器將數字核磁共振信號傳輸至顯示屏，數控頻率發生 器在中央處理器的控制下向振蕩器發送模擬頻率信號。[0008]本實用新型連續波核磁共振系統頻率自動鎖定裝置通過自動調節頻率取代傳統 的人工手動調節判斷，對於連續波核磁共振系統，使用方便度極大提高，由於無需人工介 入，測量精度也得到很好保證。

圖1為連續波核磁共振頻率裝置圖；圖2為連續波核磁共振系統共振信號關係圖；圖3為連續波核磁共振系統共振信號鎖定時的關係圖；圖4為連續波核磁共振頻率自動鎖定算法流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖進一步說明本實用新型具體實施方式
。圖1為連續波核磁共振頻率裝置圖；如圖1所示，連續波核磁共振系統頻率自動鎖 定裝置，其不同之處在於其包括中央處理器2、數控頻率發生器3、振蕩器4、檢測器5、放大 器6、數模轉換器7、掃場頻率功率控制器8、顯示屏9、樣品管10和磁體1，掃場頻率功率控 制器8將低頻三角波掃場信號傳送給磁體1從而驅動磁體中的線圈產生交變的磁場，樣品 管10放置在磁體線圈產生的交變的磁場中並與振蕩器4相聯接，檢測器5接收來自振蕩器 4的核磁共振信號並將其發送到放大器6進行模擬放大，數模轉換器7將模擬放大後的核磁 共振信號轉換成數字核磁共振信號後送至中央處理器2，中央處理器將數字核磁共振信號 傳輸至顯示屏9，數控頻率發生器3在中央處理器的控制下向振蕩器4發送模擬頻率信號。圖4為連續波核磁共振頻率自動鎖定算法流程圖，如圖4所示，連續波核磁共振系 統頻率自動鎖定方法，其不同之處在於其方法包括以下步驟步驟1)、設定初始射頻場的頻率；步驟2)、設定初始射頻場的頻率後開始對核磁共振信號進行實時數模轉換採集；步驟3)、當採集到的核磁共振信號達到一幀的時候開始對數據進行峰值檢測，一 幀信號的時間長度是根據圖1中掃場信號的一個周期確定，也就是一個三角波周期，通常 是數十毫秒。當射頻場頻率落入掃場頻率範圍，這一幀數據中會包含兩個共振信號；但算法 一般會首先從較低的頻率開始，也就是小於掃場頻率範圍的某個值，讓射頻場以該數值輸 出，這時候採集到的信號是底噪，無峰值，由於此時射頻場頻率在掃場頻率之外，核磁共振 信號數據幀是沒有共振信號的，波形中只有底噪，無峰值，信號幀中檢測不到雙峰信號，則 轉向執行步驟4)；如在信號幀中可以檢測到雙峰信號，也就是射頻場頻率已經落入掃場頻 率範圍，採集到的共振信號如圖1所，則轉向執行步驟5)；步驟4)、步進增加或減小射頻場頻率，然後轉向步驟2)繼續採集下一幀核磁共振 信號，對採集到的下一幀核磁共振信號數據進行雙峰信號檢測直至在信號幀中可以檢測到 雙峰信號或者雙峰信號已經滿足等距分布準則；步驟5)、如信號幀中檢測到雙峰信號，則開始搜索雙峰信號的兩個峰值坐標；步驟6)、對搜索到的雙峰信號的兩個峰值坐標進行分析，判斷雙峰信號是否按等 距準則分布；如雙峰信號滿足等距分布則轉向步驟7)，如雙峰信號不滿足等距分布則轉向 步驟4)；[0022]步驟7)、鎖定射頻場頻率；共振信號雙峰檢測是算法中的重要環節。雙峰檢測顧名思義就是找兩個峰值，對 於我們定義的幀結構，雙峰出現是有規律的，出現雙峰時，兩個峰會分別處於數據前半幀和 後半幀。對於峰值的判斷我們按照一個簡單可行高效的原則在一段數據中高於某個能量 門限的最大值就是峰值。因此對於每一幀數據，我們首先會在前半幀和後半幀分別找一個 能量最大值的點，接著用這兩個最大值與門限比較，當這兩個最大值都高於門限時，我們就 認為出現了雙峰，否則至少其中一個是噪聲。通常我們把高於底噪能量IOdB作為門限，底 噪的能量是每臺設備固有參數，是可以預先測定的。共振信號等距分布，也就是任意一個峰和與它相鄰的前後兩個峰之間的距離相 等，如圖2所示，以P2n對應的峰為例，就是Pln+1對應峰與P2n對應峰之間距離等於？2 對 應峰與Pln對應峰之間的距離。這時射頻場頻率也會等於掃場頻率範圍的中值；更具體，本 實用新型是通過對共振雙峰信號的當前幀數據進行分析，找出雙峰的相對時間坐標相對於 幀的起始)，例如Pln和P2n，判斷條件2*Pln ^ Ρ2η-Ρ1η是否滿足，如果滿足條件則射頻場頻 率調整成功結束，否則繼續增加射頻場頻率，對下一幀數據進行運算。公式中採用的是「 」 判斷，實際系統中也是不可能達到完全相等的。在算法中我們根據系統的需要設定約等於 結束門限，通常考慮鎖頻算法的速度和設備要求的頻率調整精度，小於或等於2us是一個 比較合適的值。步驟1)中的初始射頻場頻率社定可以是較低頻率，對應步驟4)中調整頻率的趨 勢是不斷增加。類似的，步驟1)中的初始射頻場頻率也可以設置為較高頻率，對應步驟4) 中調整頻率趨勢則是不斷減少。連續核磁共振系統頻率自動鎖定的裝置以中央處理器為核心，對其它各個功能模 塊進行控制，為自動鎖頻算法提供了靈活穩定的硬體平臺。本實用新型的裝置如圖3所示由以下幾個部分構成中央處理器2、數控頻率發生 器3、振蕩器4、檢測器5、放大器6、數模轉換器7、掃場頻率功率控制器8、顯示屏9、樣品管 10和磁體1構成。該裝置各個模塊功能如下1)中央處理器負責頻率自動鎖定的算法運行、射頻場頻率的控制以及顯示屏的控 制；2)數控頻率發生器是根據中央處理器發送過來的數字量的頻率轉化為模擬的頻 率輸出，它是射頻場頻率的產生模塊；3)振蕩器以射頻場頻率進行邊緣振蕩，當射頻場的頻率與樣品的共振頻率一致的 時候，振蕩器的Q值會發生變化，檢測這個值的變化就得到核磁共振信號；4)放大器是對弱小的核磁共振信號進行模擬放大，以滿足後面的模數轉換的輸入 幅值條件；5)掃場頻率功率控制器，該模塊是功率模塊，它產生固定的低頻數十赫茲)三角 波掃場信號，如圖3產生Is，由此驅動磁體中的線圈產生交變的磁場B ；6)顯示屏是把共振信號顯示出來，提供使用者判斷當前頻率的鎖定狀態以及所產 生的共振信號大小；7)磁體是產生核磁信號的基礎條件，該磁體是採用恆定磁場疊加交變磁場來提供 核磁共振的產生條件。如圖1所示，磁體1為樣品管10提供均勻的磁場工作區間，同時進行磁屏蔽，防止外界電磁幹擾。 以上實施例只是本實用新型的較佳實施例，並非對本實用新型作較多的限制，凡 是依據對本實用新型的技術本質作簡單修改或等同的變化和修飾，均仍屬本實用新型保護 的範圍。
權利要求連續波核磁共振系統頻率自動鎖定裝置，其特徵在於其包括中央處理器(2)、數控頻率發生器(3)、振蕩器(4)、檢測器(5)、放大器(6)、數模轉換器(7)、掃場頻率功率控制器(8)、顯示屏(9)、樣品管(10)和磁體(1)，掃場頻率功率控制器(8)將低頻三角波掃場信號傳送給磁體(1)從而驅動磁體中的線圈產生交變的磁場，樣品管(10)放置在磁體線圈產生的交變的磁場中並與振蕩器(4)相聯接，檢測器(5)接收來自振蕩器(4)的核磁共振信號並將其發送到放大器(6)進行模擬放大，數模轉換器(7)將模擬放大後的核磁共振信號轉換成數字核磁共振信號後送至中央處理器(2)，中央處理器將數字核磁共振信號傳輸至顯示屏(9)，數控頻率發生器(3)在中央處理器的控制下向振蕩器(4)發送模擬頻率信號。
專利摘要本實用新型涉及核磁共振領域，尤其是連續波核磁共振系統頻率自動鎖定裝置，其不同之處在於其包括中央處理器、數控頻率發生器、振蕩器、檢測器、放大器、數模轉換器、掃場頻率功率控制器、顯示屏、樣品管和磁體，掃場頻率功率控制器將低頻三角波掃場信號傳送給磁體從而驅動磁體中的線圈產生交變的磁場，樣品管放置在磁體線圈產生的交變的磁場中並與振蕩器相聯接，檢測器接收來自振蕩器的核磁共振信號並將其發送到放大器進行模擬放大，數模轉換器將模擬放大後的核磁共振信號轉換成數字核磁共振信號後送至中央處理器，中央處理器將數字核磁共振信號傳輸至顯示屏，數控頻率發生器在中央處理器的控制下向振蕩器發送模擬頻率信號。
文檔編號H03L7/00GK201774515SQ20102018987
公開日2011年3月23日 申請日期2010年5月13日 優先權日2010年5月13日
發明者江浩洋 申請人:武漢辰目科技有限公司