面向微型核磁共振检测装置的谱仪研究

摘要

核磁共振检测技术具有无核辐射，高灵敏度检测以及对被检对象无损等优点，被广泛应用于医学、化学和材料学等领域，然而由于传统核磁共振设备体积庞大、造价昂贵，以致其使用条件和普及程度受到很大限制，由此出现了微型核磁共振检测装置的研究。本文致力于微型核磁共振检测装置中谱仪系统的研究，并将谱仪系统与微型核磁共振检测装置的其它组成部分结合，对谱仪系统进行实验研究。
　　论文的主要研究成果如下:
　　1.在深入分析微型核磁共振检测装置中谱仪技术需求的基础上，设计了一套新型的谱仪系统体系结构。该谱仪系统能够存储控制程序，在脱离计算机的控制下独立工作。采用模拟开关以脉宽调制的方式产生所需的脉冲序列，并采用射频开关以时分双工的方式实现收发转换，有利于简化系统复杂性、缩减谱仪尺寸并降低制造成本。
　　2.设计并实现了发射链中各功能模块，并对各模块的关键参数进行测试。具体包括:频率源模块的设计与实现，可输出3路频率和初相位可调的高精度正弦信号;脉冲序列产生模块的设计与实现，能产生自旋回波序列、CP序列、CPMG序列等多种脉冲序列;脉冲功率调节模块的设计与实现，可以调整脉冲序列信号的功率，使脉冲序列信号的功率适于激励样品发生共振。
　　3.设计并实现了接收链中各功能模块，并对各模块的关键参数进行测试。具体包括:收发转换模块的设计与实现，使谱仪系统能在发射状态、接收状态、等待状态这三种系统工作状态之间迅速切换;低噪声放火模块的设计与实现，该模块具有低噪声系数、高功率增益、超窄接收带宽等特点，具备较高检测灵敏度;下变频混频模块的设计与实现，可将核磁共振信号(NMR信号)搬移到较低频率，便于数字采集。
　　4.设计并开发了谱仪系统相关模块的控制程序。具体包括:开发了频率源模块的控制程序、脉冲序列产生模块的控制程序以及收发转换模块的控制程序，使各个模块实现特定的功能，并与其它模块协调工作。
　　5.在上述研究成果的基础上，搭建了微型核磁共振检测装置中的谱仪系统，并与磁体、线圈系统集成，对谱仪系统进行测试，测试结果表明:所开发的谱仪系统基本达到设计要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的主要工作及各章内容安排

第二章 微型核磁共振检测装置的谱仪功能体系结构

2．1 核磁共振系统总体结构介绍

2．2 核磁共振系统微型化对各个组成部分的影响

2．2．1 磁体微型化对核磁共振检测性能的影响

2．2．2 核磁共振探头微型化对核磁共振检测性能的影响

2．2．3 核磁共振系统微型化对谱仪设计及性能方面的影响

2．2．4 核磁共振系统微型化对数据采集处理模块的影响

2．3 微型核磁共振检测装置中谱仪指标要求及体系结构

2．4 本章小结

第三章 谱仪系统发射链的研制

3．1 发射链总体设计方案

3．2 频率源模块的设计与实现

3．2．1 直接数字式频率合成技术简介

3．2．2 频率源模块方案设计

3．2．3 频率源模块测试结果与分析

3．3 脉冲序列产生模块的设计与实现

3．3．1 脉冲序列技术介绍

3．3．2 脉冲序列发生器模块方案设计

3．3．3 脉冲序列产生模块测试结果与分析

3．4 脉冲功率调节模块的设计与实现

3．4．1 脉冲功率大小对系统的影响

3．4．2 脉冲功率调节模块方案设计

3．4．3 脉冲功率调节模块测试结果与分析

3．5 本章小结

第四章 谱仪系统接收链的研制

4．1 接收链总体设计方案

4．2 收发转换模块的设计与实现

4．2．1 传统的收发转换开关介绍

4．2．2 收发转换模块方案设计

4．2．3 收发转换模块测试结果与分析

4．3 低噪声放大模块的设计与实现

4．3．1 噪声对信号测量的影响

4．3．2 低噪声放大模块方案设计

4．3．3 低噪声放大模块测试结果与分析

4．4 下变频混频模块的设计与实现

4．4．1 下变频混频模块方案设计

4．4．2 下变频混频模块测试结果与分析

4．5 本章小结

第五章 谱仪系统控制程序开发及测试平台搭建

5．1 谱仪控制程序开发

5．1．1 频率源模块控制程序开发

5．1．2 脉冲序列产生模块及收发转换模块的控制程序开发

5．2 测试平台搭建与测试

5．2．1 核磁共振探头的制备

5．2．2 谱仪系统测试及分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 展望

致谢

参考文献

作者简介