一种核磁共振梯度功率放大器的静态电流消除电路制造技术

本实用新型专利技术提出了一种核磁共振梯度功率放大器的静态电流消除电路，包括FPGA控制器、第一数模转换器DAC、比例电阻、梯度功率放大器、测量电阻和梯度线圈依次串连，所述梯度线圈的输出端通过Blank开关接地，所述FPGA控制器还连接第二数模转换器DAC，所述第二数模转换器DAC的输出端通过偏置比例电阻连接至梯度功率放大器的输入端。本实用新型专利技术通过迭代检测静态电流、计算反馈电压的方法，使静态电流趋于零，同时使用Blank开关隔离梯度功率放大器和梯度线圈回路，阻断静态电流的输出，成为不受外界信号影响、理想的无静态电流梯度功率放大器。

【技术实现步骤摘要】
一种核磁共振梯度功率放大器的静态电流消除电路
本技术涉及一种核磁共振梯度功率放大器的静态电流消除电路。
技术介绍
核磁共振谱仪是应用核磁共振原理研制生产的，它通过向置于均匀强磁场中的被测物体发射高功率射频脉冲激发被测物体原子核的共振现象，并通过累加、相位编码、梯度选择等方法获取目标样品区域或频谱区域的核磁共振信号。相位编码和梯度选择方法常通过梯度功率放大器输出指定功率的脉冲电流，该电流在梯度线圈中形成线性变化的梯度磁场，使被测样品的各个区域所在的磁场在Z、X、Y方向上的共振特性被精确编码，从而精确地选择目标样品区域或频谱区域的核磁共振信号。为了实现选择的准确性，客观要求核磁共振谱仪的梯度功率放大器输出的脉冲电流线性好、精度高、形状准确、正负脉冲对称性好。核磁共振谱仪中，梯度功率放大器作为一种模拟功率放大部件，其输出直接与安装于磁体中心的梯度线圈相连，梯度线圈内部近距离安装射频线圈，在实际工作中，核磁共振谱仪对梯度系统有如下要求：1)梯度功率放大器的输出为脉冲形式，在不输出脉冲时，梯度功率放大器的理想输出电流应为0。梯度功率放大器作为一种模拟功率部件，其内部由大量的运算放大器、功率管等组成，而运算放大器、功率管等模拟器件存在输出偏置的固有特性，在梯度功率放大器中表现为梯度功放输入电压为0时，梯度功率放大器仍会输出不为0的静态电流，根据这些模拟器件的不同特性，静态电流从微安培到毫安培变化。梯度功率放大器的静态电流流经梯度线圈时，梯度线圈会产生Z、X或Y方向的磁场，使超导磁体的磁场均匀性被破坏。2)当梯度功率放大器存在微弱的静态电流的情况下，可以通过室温匀场进行补偿，但补偿是恒定的，且在核磁测试过程中不可改变，梯度静态电流发生改变，将导致补偿失效。梯度功率放大器作为一种模拟电路，其供电电源电压发生飘移等状态改变时，其静态电流将发生改变，使补偿失效，特别是核磁共振谱仪进行长时间测试时，累计的静态电流飘移会导致测试结果严重变差。3)梯度功率放大器的输出不应受核磁共振谱仪中其他部件的影响。在核磁共振谱仪中，梯度线圈既是梯度场的发射线圈，但同时也是音频接收线圈，梯度线圈会接收到梯度线圈中间安装的射频线圈的射频脉冲以及外部空间的干扰信号，这些信号通过线缆输入梯度功率放大器将使梯度功率放大器的输出电流产生波动，并同时生成干扰脉冲再输出到梯度线圈，使磁场严重恶化，降低测试信号质量，甚至导致测试结果产生错误。4)梯度功率放大器的线性度好，输出形状必须准确。核磁常使用多个输出大小呈精确比例关系的梯度脉冲对被测样品进行梯度编码。实际上梯度功率放大器本身存在静态电流，使理论上需要严格比例关系的梯度脉冲偏移理论的比例关系，也使形状脉冲偏离理想的函数形状，客观要求梯度功率放大器的静态电流应达到微安级。为达到以上要求，现有技术的方法为：1)由于静态电流是一直存在并且变化的，通过优化器件只能减小，无法消除，一般采用两种办法消除：a.每间隔一段时间测量一次静态电流的大小，并通过软件的方法将该偏置电流设置在梯度电流的数字控制值中，以消除偏置电流；b.每次核磁检测之间通过室温匀场的X、Y、Z方向产生额外的电流以抵消由对应方向上梯度静态电流所产生的磁场。2)为了避免梯度线圈接收到外部干扰信号，常在梯度功率放大器连接梯度线圈的线缆中间串联一低通滤波器，以过滤射频线圈发出的高频信号干扰。现有技术的缺点在于：1)每间隔一段时间测量静态电流的方法常由人工进行测量，并将测量值记录到控制软件，由于实施的时间具有不确定性，时间点难以固定，需要专业维护人员进行测量，普通用户难以操作，且在进行长时间核磁测试的过程中，无法进行静态电流测量。2)通过室温匀场的方法抵消X、Y、Z方向的静态电流产生的磁场，短时间内可以消除静态电流的影响，但在静态电流发生变化时，匀场却不能及时进行，无法彻底地消除静态电流的影响。由于匀场不能在核磁检测过程中进行，时间越长的核磁检测将遭受越严重的静态电流影响，导致核磁检测质量变差甚至数据无效。3)由于梯度功率放大器工作在音频范围内，通过串联的滤波器消除外界干扰的方法使得滤波器的体积很大，系统的整体结构变得复杂，而且滤波器不能消除音频范围以内的外部干扰信号，对带外的信号也仅是有一定的抑制作用，依然会有一部分干扰信号进入梯度功率放大器，使梯度功率放大器的静态电流产生变化。
技术实现思路
本技术提出一种无静态电流核磁共振梯度功率放大器和静态电流消除电路及方法，使用Blank开关隔离梯度功率放大器和梯度线圈回路，阻断静态电流的输出，避免外界信号对梯度功率放大器产生的影响，同时通过迭代检测静态电流、计算反馈电压的方法，使静态电流趋于零，使梯度功率放大器成为不受外界信号影响、理想的无静态电流梯度功率放大器。本技术的技术方案是这样实现的：一种核磁共振梯度功率放大器的静态电流消除电路，包括FPGA控制器1、第一数模转换器DAC2、比例电阻4、梯度功率放大器7、测量电阻8和梯度线圈15依次串联连接，所述梯度功率放大器7的输入端和输出端上并联连接反馈比例电阻6，所述梯度线圈15通过Blank开关16接地连接，其特征在于，所述FPGA控制器1还连接第二数模转换器DAC3的输入端，所述第二数模转换器DAC3的输出端连接偏置比例电阻5，所述偏置比例电阻5也连接至梯度功率放大器7的输入端。优选地，所述梯度功率放大器7的输出端与梯度线圈15之间还连接有测量电阻8，差分放大器9的两个输入端分别连接至测量电阻8的两端。优选地，所述差分放大器9的输出端连接至第一单刀双掷开关10的不动端，第一单刀双掷开关10的第一动端连接至第一反馈放大器11的输入端，所述第一反馈放大器11的输出端连接至第二单刀双掷开关13的第一动端，所述第二单刀双掷开关13的不动端连接至模数转换器ADC14的输入端，所述模数转换器ADC14输出端连接至FPGA控制器1。优选地，所述第一单刀双掷开关10的第二动端连接至第二反馈放大器12的输入端，所述第二反馈放大器12的输出端连接至第二单刀双掷开关13的第二动端。优选地，所述第一反馈放大器11的放大倍数大于第二反馈放大器12，第一反馈放大器11用于检测小于1mA的静态电流，第二反馈放大器12用于检测大于1A的梯度电流。本技术产生的有益效果为：采用Blank开关隔离梯度功率放大器和输出与梯度线圈，使静态电流无法输出，从而避免静态电流对磁场的影响，也防止射频线圈等外界因素导致梯度输出异常或静态电流发生改变。同时采用差分测量电阻、高增益放大器、高精度模数转换器ADC和数模转换器DAC形成静态电流采集和反馈回路，并使用PID算法自动迭代消除静态电流的方法，使梯度功率放大器的输出静态电流减小到微安级，从而保证梯度功率放大器输出保持精确的形状和对称性；静态电流监测和消除系统全自动操作，使用方便，实现了理想的高线性度、高对称性、无静态电流的梯度功率放大器。附图说明为了更清楚地说明本实用新本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核磁共振梯度功率放大器的静态电流消除电路，包括FPGA控制器(1)、第一数模转换器DAC(2)、比例电阻(4)、梯度功率放大器(7)、测量电阻(8)和梯度线圈( 15) 依次串联连接，所述梯度功率放大器(7)的输入端和输出端上并联连接反馈比例电阻(6)，所述梯度线圈(15)通过Blank开关(16)接地连接，其特征在于，所述FPGA控制器(1)还连接第二数模转换器DAC(3)的输入端，所述第二数模转换器DAC(3)的输出端连接偏置比例电阻(5)，所述偏置比例电阻(5)也连接至梯度功率放大器(7)的输入端。/n

【技术特征摘要】
1.一种核磁共振梯度功率放大器的静态电流消除电路，包括FPGA控制器(1)、第一数模转换器DAC(2)、比例电阻(4)、梯度功率放大器(7)、测量电阻(8)和梯度线圈(15)依次串联连接，所述梯度功率放大器(7)的输入端和输出端上并联连接反馈比例电阻(6)，所述梯度线圈(15)通过Blank开关(16)接地连接，其特征在于，所述FPGA控制器(1)还连接第二数模转换器DAC(3)的输入端，所述第二数模转换器DAC(3)的输出端连接偏置比例电阻(5)，所述偏置比例电阻(5)也连接至梯度功率放大器(7)的输入端。


2.如权利要求1所述的一种核磁共振梯度功率放大器的静态电流消除电路，其特征在于，所述梯度功率放大器(7)的输出端与梯度线圈(15)之间还连接有测量电阻(8)，差分放大器(9)的两个输入端分别连接至测量电阻(8)的两端。


3.如权利要求2所述的一种核磁共振梯度功率放大器的静态电流消除电路，其特征在于，所述差分放...

【专利技术属性】
技术研发人员：李正刚，李晶晶，
申请(专利权)人：武汉中科牛津波谱技术有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42