一种基于LabVIEW的制造技术

本发明专利技术涉及一种基于LabVIEW的

A LabVIEW based

The invention relates to a LabVIEW based

【技术实现步骤摘要】
一种基于LabVIEW的129Xe核子弛豫时间测量系统
本专利技术涉及一种基于LabVIEW的129Xe核子弛豫时间测量系统，属于测量技术、虚拟仪器技术、核磁共振领域。
技术介绍
核磁共振陀螺仪以磁共振气室内充入的碱金属原子和稀有气体同位素原子为原子源作为敏感介质，原子源的性能直接决定了光学量子操控所能实现的性能极限。表征原子源性能的重要参数为原子的弛豫时间。延长核自旋系综的弛豫时间可以提高核磁共振陀螺仪的精度；另一方面，电子自旋的弛豫时间越长，检测分辨率越高，陀螺仪输出信号的灵敏度越高。弛豫时间分为纵向弛豫时间和横向弛豫时间，普遍采用脉冲核磁共振技术中的脉冲序列法对其进行测量。就精密测量而言，脉冲序列的时序控制和精准输出，对测量结果的可靠性有着重要影响。目前常用的脉冲磁共振测量系统大多采用脉冲积分器、射频发射器作为脉冲信号的输出装置，利用顺序控制器严格控制脉冲时序，使用示波器作为核磁共振FID(FreeInductionDecay)信号的显示装置，整体系统方案复杂，所需仪器装置较多，不便于脉冲序列的产生，更不易于核磁共振FID信号的存储与分析。特别地，现有的脉冲磁共振系统所需磁场较大，多为几个特斯拉，这将导致核磁共振陀螺仪系统磁化，不利于其工作。上述弛豫时间测量系统主要应用于核磁共振陀螺仪上，用于测量129Xe核子的弛豫时间，要求在射频磁场较低的条件下，完成对于弛豫时间的测定。但目前尚未有相似的装置。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有弛豫时间测量系统所需外部仪器多、结构复杂、脉冲控制困难、测量效率低的不足，提供一种结构简单、操作方便且输出脉冲精确、测量效率较高的用于测量129Xe核子弛豫时间的系统。本专利技术提出了一种基于LabVIEW的129Xe核子弛豫时间测量系统，能实现129Xe核子弛豫时间的高精度测量，大大简化了测量所需设备，不仅便于控制脉冲序列的时序，还保证了脉冲序列的精准输出，实现了对核磁共振FID信号的存储与分析，拥有友好的人机交互界面。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于LabVIEW的129Xe核子弛豫时间测量系统，包括LabVIEW上位机、微机USB接口模块和下位机采集卡；所述LabVIEW上位机用于脉冲序列的生成与显示，以及核磁共振FID信号的显示、存储与分析；所述微机USB接口模块用于LabVIEW上位机与下位机采集卡之间的数据通讯，实现信号的传输，构建上位机与下位机间的连接关系；所述下位机采集卡用于脉冲序列的输出与核磁共振FID信号的采集。作为优选的，所述核磁共振FID信号的显示、存储与分析功能指的是FID信号在上位机图形界面中显示；FID信号及各点的采样时间，以二进制文件形式存储至上位机中；FID信号经LabVIEW程序处理所得最初振幅，在LabVIEW人机交互界面上显示。作为优选的，所述下位机采集卡采用NI公司PXI系列板卡。作为优选的，核磁共振陀螺仪的射频磁场采用脉冲形式，以角频率ω0生成的脉冲序列，通过X轴、Y轴施加于129Xe核子上。X、Y两个方向的脉冲可分别表示为：Ix＝KB1cos(ω0t),Iy＝-KB1sin(ω0t)其中，K为磁场常数，表示产生每单位磁场所需电流大小，单位为A/nT；ω0＝γB0，ω0为129Xe核子的共振频率，γ为129Xe核子的旋磁比，B0为核磁共振系统的稳恒磁场；B1为射频磁场的幅度；t为磁场作用时间。磁场常数、射频磁场的幅度及共振频率是LabVIEW上位机的输入参数。作为优选的，所述脉冲序列可按时间顺序，在0≤t≤T1时生成第一脉冲，在T1+τ≤t≤T1+τ+T2时生成第二脉冲，τ为第一与第二脉冲的间隔时间。该脉冲序列可写为如下表达式：Ix＝KB1cos(ω0t)u(t)Iy＝-KB1sin(ω0t)u(t)其中，k为第二脉冲个数，取值为0或1，当k＝0时，不输出第二脉冲，当k＝1时，输出第个二脉冲。T1为第一脉冲持续的时间宽度，简称第一脉冲宽度；T2为第二脉冲宽度。控制脉冲序列的参数有：第二脉冲个数k，第一脉冲宽度T1，第二脉冲宽度T2，第一与第二脉冲的间隔时间τ。采用所述基于LabVIEW的129Xe核子弛豫时间测量系统，实现129Xe核子弛豫时间测量的方法，包括下述步骤：步骤1)权利要求1所述的LabVIEW上位机中，设置权利要求1中所述LabVIEW下位机采集卡的板卡参数；步骤2)权利要求1所述的LabVIEW上位机中，给定射频磁场频率和幅度B1、磁场常数及采样时间；步骤3)权利要求1所述的LabVIEW上位机中，在一个周期内改变脉冲宽度的值，启动脉冲输出，记录不同脉冲宽度下FID信号的最初振幅并绘制“脉冲宽度—FID振幅”点图，拟合该点图，所得曲线FID振幅最大处为129Xe核子的90°脉冲；步骤4)获得横向弛豫时间的测量数据：在所述的LabVIEW上位机中，设置“第一脉冲宽度”设为90°脉冲的脉冲宽度、“第二脉冲个数”设为0，按下启动按钮，存储核磁共振FID信号；步骤5)获得纵向弛豫时间的测量数据：在所述的LabVIEW上位机中，设置“第一脉冲宽度”设为180°脉冲的脉冲宽度，“第二脉冲宽度”设为90°脉冲的脉冲宽度，“第二脉冲个数”设为1，输出“180°-τ-90°”脉冲序列；改变“第一与第二脉冲的时间间隔”，记录相应FID信号的最初振幅；步骤6)对步骤4)和步骤5)测得的数据进行处理，得到129Xe核子的横向弛豫时间与纵向弛豫时间。本专利技术所施加射频磁场与129Xe核子核磁共振FID信号的关系是：对129Xe核磁共振陀螺仪系统施加射频磁场B1，将导致129Xe核子磁矩矢量沿垂直于射频磁场的平面以角频率ω旋转，不同脉冲宽度T对应不同旋转角θ，其中，ω＝γB1，θ＝ωT＝γB1T。θ＝90°时称为90°脉冲，产生核磁共振FID信号振幅最强；θ＝180°时称为180°脉冲，产生核磁共振FID信号振幅为0。本专利技术针对129Xe核子90°脉冲及180°脉冲的测定原理是：固定射频磁场幅度B1不变，在一定范围内改变脉冲宽度T，记录FID信号的最初振幅并绘制“脉冲宽度—FID振幅”点图，FID振幅最大处为129Xe核子90°脉冲。射频磁场幅度B1相同时，180°脉冲宽度为90°脉冲宽度的2倍。本专利技术针对129Xe核子横向弛豫时间T2，采用的测量方法是：利用90°脉冲激励129Xe核子，找到FID信号的半衰期T1/2，129Xe核子横向弛豫时间T2可由T1/2计算得出：T2＝T1/2/ln(2)本专利技术针对129Xe核子纵向弛豫时间T1，采用的测量方法是：利用“180°-τ-90°”脉冲序列，其中τ为180°脉冲与90°脉冲的间隔时间，多次改变τ，记录核磁共振FID信号最初振幅，绘制“脉冲间隔—FID振幅”点图并拟合。由拟合结果可得纵向弛豫时间T1。本专利技术与现有技术相比，本专利技术提出的基于LabVIEW的129Xe核子弛豫时间测量系统，以LabVIEW为软件平台，搭建了友好的人机交互界面，大大缩减了开发周期并节约了开发成本，具有构成简单、操作便捷、测量结果准确的特点，有效提高了129Xe核子弛豫时间的测量效率。同时本系统输出的脉冲序列波形准确，形式多样，核磁共振FID信号便于实时显示与存储。附图说明图1为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于LabVIEW的

【技术特征摘要】
1.一种基于LabVIEW的129Xe核子弛豫时间测量系统，其特征在于：包括LabVIEW上位机、微机USB接口模块和下位机采集卡；所述LabVIEW上位机用于脉冲序列的生成与显示，以及核磁共振FID信号的显示、存储与分析,所述FID信号在LabVIEW上位机的图形界面中显示；FID信号及各点的采样时间，以二进制文件形式存储至LabVIEW上位机中；FID信号经LabVIEW程序处理所得最初振幅，在LabVIEW上位机的人机交互界面上显示；所述微机USB接口模块用于LabVIEW上位机与下位机采集卡之间的数据通讯，实现信号的传输，构建上位机与下位机间的连接关系；所述下位机采集卡用于脉冲序列的输出与核磁共振FID信号的采集。2.根据权利要求1所述的基于LabVIEW的129Xe核子弛豫时间测量系统，其特征在于：所述下位机采集卡采用NI公司PXI系列板卡。3.根据权利要求1所述的基于LabVIEW的129Xe核子弛豫时间测量系统，其特征在于：所述LabVIEW上位机以角频率ω0生成的脉冲序列，通过X轴、Y轴施加于129Xe核子上，作为核磁共振系统中的射频磁场。X、Y两个方向的脉冲可分别表示为：Ix＝KB1cos(ω0t),Iy＝-KB1sin(ω0t)其中，K为磁场常数，表示产生每单位磁场所需电流大小，单位为A/nT；ω0＝γB0，ω0为129Xe核子的共振频率，γ为129Xe核子的旋磁比，B0为核磁共振系统的稳恒磁场；B1为射频磁场的幅度；t为脉冲作用时间，磁场常数、射频磁场的幅度及共振频率是LabVIEW上位机的输入参数。4.根据权利要求3所述的基于LabVIEW的129Xe核子弛豫时间测量系统，其特征在于：所述脉冲序列可按时间顺序，在0≤t≤T1时生成第一脉冲，在T1+τ≤t≤T1+τ+T2时生成第二脉冲，τ为第一脉冲与第二脉冲的间隔时间；该脉冲序列可写为如下表达式：Ix...

【专利技术属性】
技术研发人员：周斌权，房建成，王婧，吴文峰，胡朝晖，全伟，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11