一种低场核磁共振Larmor频率的闭环检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种低场核磁共振Larmor频率的闭环检测系统，包括嵌入式微处理器、射频信号发生器、射频功率放大电路、射频开关电路、低噪前置放大电路，在进行Larmor频率检测时，考虑磁场强度受到检测环境、磁体加工精度和磁体结构设计误差等因素影响，预先确定磁场强度范围，然后基于该磁场强度范围确定对应的扫频频率范围，在扫频频率范围内进行周期性扫频并得到各个扫频频率相对应的数字包洛信号，最终将信号幅度最大的数字包络信号绑定的扫频频率作为检测到的Larmor频率；优点是检测结果不受检测环境、磁体加工精度和磁体结构设计误差等因素影响，具有较高的Larmor频率检测精度。具有较高的Larmor频率检测精度。具有较高的Larmor频率检测精度。

【技术实现步骤摘要】
一种低场核磁共振Larmor频率的闭环检测系统


[0001]本专利技术涉及一种低场核磁共振Larmor频率的检测系统，尤其是涉及一种低场核磁共振Larmor频率的闭环检测系统。

技术介绍

[0002]核磁共振检测技术是一种广泛应用于生物医学、无损检测、石油勘探等领域的检测技术。该技术利用原子磁性和外部磁场之间的相互作用，对产生的不同的核磁共振信号进行检测分析，从而确定被测物质。由于处于主磁场B0中的检测物质内有无数个质子在运动，在主磁场B0的X和Y轴方向上磁矩的分量将相互抵消，而沿Z轴方向的磁矩分量叠加形成了纵向磁化矢量，纵向磁化矢量不能通过垂直于主磁场B0方向的射频线圈直接测量。当在向垂直于主磁场B0方向的射频线圈施加射频脉冲后，处于热平衡状态的质子吸收射频脉冲能量从而产生能级跃迁，同时射频脉冲能量会将质子推向同步状态并和质子一起自旋，随后质子将产生以Larmor频率为进动频率的自旋信号，此时将产生横向磁化，而横向磁化可以被射频线圈检测到。由电磁场理论，当射频信号频率w与主磁场B0中检测物质中的质子的Larmor频率一致时，则会发生核磁共振现象。若射频信号频率w与主磁场B0中检测物质中的质子的Larmor频率不一致时，检测物质中的大部分质子将无法产生共振信号，大大衰减线圈接收到的回波信号，导致检测结果不准确。
[0003]目前，在低场核磁共振的实际应用中，对磁场强度和磁场的均匀度都有着较高的要求，然而磁体的磁场强度和磁场均匀度受到检测环境、磁体加工工艺以及磁体结构设计误差等影响，磁场强度和磁场均匀度又影响着质子的Larmor频率。传统上通过高斯计测量磁场强度，由拉莫尔方程获得Larmor频率的方式存在着随机性与不精确性。因此，如何消除以上不可抗因素，准确确定核磁共振的Larmor频率对低场核磁共振的应用有着重要意义。
[0004]文献(Nan Sun，Yong Liu,Ling Qin，Hakho Lee，Ralph Weissledel，Donhee Ham.Small NMR biomolecular sensors.德克萨斯州大学奥斯汀分校,2013.)中披露了一种小型核磁共振生物分子传感器，该传感器通过测得主磁场的磁场强度大小并结合拉莫尔方程，计算出了该传感器发生核磁共振所需的Larmor频率。但是，该传感器在测量主磁场磁场强度时并未考虑因检测环境、磁场强度测量仪器精度等带来的磁场强度误差，主磁场磁场强度的准确性将直接影响后续传感器通过拉莫尔方程计算所得的核磁共振Larmor频率，以致最终检测精度有待挺高。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种不受检测环境、磁体加工精度和磁体结构设计误差等因素影响，具有较高的Larmor频率检测精度的低场核磁共振Larmor频率的闭环检测系统。
[0006]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种低场核磁共振Larmor频率的闭环检测系统，包括嵌入式微处理器、射频信号发生器、射频功率放大电路、射频开关电路、
低噪前置放大电路，外差式锁定放大电路和模数转换电路；所述的嵌入式微处理器具有输入端、输出端和控制端，所述的射频开关电路采用单刀双掷开关电路实现，具有公共端、第一端、第二端和控制端，所述的嵌入式微处理器的输出端和所述的射频信号发生器的输入端连接，所述的射频信号发生器的输出端和所述的射频功率放大电路的输入端连接，所述的射频功率放大电路的输出端和所述的射频开关电路的第一端连接，所述的射频开关电路的控制端和所述的嵌入式微处理器的控制端连接，所述的射频开关电路的公共端和垂直于主磁场方向的射频线圈的一端连接，射频线圈的另一端接地，所述的射频开关电路的第二端和所述的低噪前置放大电路的输入端连接，所述的低噪前置放大电路的输出端和所述的外差式锁定放大电路的输入端连接，所述的外差式锁定放大电路的输出端和所述的模数转换电路的输入端连接，所述的模数转换电路的输出端和所述的嵌入式微处理器的输入端连接；所述的嵌入式微处理器内部预存有扫频数据，所述的扫频数据包含扫频频率序列和扫频时间，所述的扫频频率序列由扫频频率范围内多个扫频频率按照等差数列形式排列形成，其中，所述的扫频频率序列中第一个扫频频率为扫频频率范围的最小值，所述的扫频频率序列中最后一个扫频频率为扫频频率范围的最大值，所述的扫频频率范围即为通过在实际环境中测得并扩大10％后的磁场强度范围代入拉莫尔方程w＝B0*r计算所得的射频频率范围，B0为磁场强度，w为射频频率，r为磁旋比常数，所述的扫频时间大于检测物质的T2驰豫时间且小于1.5倍的检测物质的T2驰豫时间；所述的嵌入式微处理器每次进行检测时，以扫频时间作为一个扫频周期来周期性的进行扫频以及周期性的进行数据处理，且扫频周期和数据处理周期交替，其中第一个数据处理周期位于第一个扫频周期之后，在第一个扫频周期，所述的嵌入式微处理器在其输出端默认输出扫频频率序列中第一个扫频频率，在后续扫频周期中，所述的嵌入式微处理器将扫频频率序列中其他扫频频率从小到大依次输出，所述的射频信号发生器用于在每个扫频周期产生频率等于当前扫频周期的扫频频率的射频脉冲在其输出端输出，所述的射频功率放大电路用于对所述的射频信号发生器输出的射频脉冲进行放大得到相应的射频脉冲在其输出端输出，所述的嵌入式微处理器的控制端用于输出PWM信号，所述的嵌入式微处理器输出的PWM信号用于控制所述的射频开关电路的公共端和第一端导通或者公共端和第二端导通，在所述的射频开关电路的公共端和第一端导通时，所述的嵌入式微处理器控制所述的模数转换电路不工作，在所述的射频开关电路的公共端和第二端导通时，所述的嵌入式微处理器控制所述的模数转换电路进入工作状态进行数据采集，并在完成数据采集后停止工作，在每个扫频周期，所述的嵌入式微处理器输出的PWM信号控制所述的射频开关电路的公共端和第一端导通，此时所述的射频开关电路形成发射通路，所述的射频功率放大电路输出的射频脉冲能够通过所述的射频开关电路输送至射频线圈，射频线圈产生电磁场，当在一个扫频周期结束时，所述的嵌入式微处理器进入一个数据处理处理周期，此时所述的嵌入式微处理器输出的PWM信号控制所述的射频开关电路的公共端和第二端导通，所述的射频开关电路形成接收通路，射频线圈感应到核磁共振回波信号并通过所述的射频开关电路输入所述的低噪前置放大电路，所述的低噪前置放大电路用于放大接收到的核磁共振回波信号并输出，所述的外差式锁定放大电路用于对接收到的核磁共振回波信号依次进行频谱搬移、包络检波、滤波以及低频放大后生成模拟包络信号输出，所述的模数转换电路用于采集所述的外差式锁定放大电路输出的模拟包络信号并将其转换为数字包络信号输出，所述的嵌入式微处理器的输入端接入所述的模数转
换电路输出的数字包络信号，并将该数字包络信号与前一个扫频周期的扫频频率相互绑定作为本次检测过程中的一个处理数据组，当当前数据处理周期结束时，所述的嵌入式微处理器判断前一个扫频周期的扫频频率是否为扫频频率序列中最后一个扫频频率，如果不是，所述的嵌入式微处理器进入下一个扫频周期，如果是，则确定本次检测过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低场核磁共振Larmor频率的闭环检测系统，其特征在于包括嵌入式微处理器、射频信号发生器、射频功率放大电路、射频开关电路、低噪前置放大电路，外差式锁定放大电路和模数转换电路；所述的嵌入式微处理器具有输入端、输出端和控制端，所述的射频开关电路采用单刀双掷开关电路实现，具有公共端、第一端、第二端和控制端，所述的嵌入式微处理器的输出端和所述的射频信号发生器的输入端连接，所述的射频信号发生器的输出端和所述的射频功率放大电路的输入端连接，所述的射频功率放大电路的输出端和所述的射频开关电路的第一端连接，所述的射频开关电路的控制端和所述的嵌入式微处理器的控制端连接，所述的射频开关电路的公共端和垂直于主磁场方向的射频线圈的一端连接，射频线圈的另一端接地，所述的射频开关电路的第二端和所述的低噪前置放大电路的输入端连接，所述的低噪前置放大电路的输出端和所述的外差式锁定放大电路的输入端连接，所述的外差式锁定放大电路的输出端和所述的模数转换电路的输入端连接，所述的模数转换电路的输出端和所述的嵌入式微处理器的输入端连接；所述的嵌入式微处理器内部预存有扫频数据，所述的扫频数据包含扫频频率序列和扫频时间，所述的扫频频率序列由扫频频率范围内多个扫频频率按照等差数列形式排列形成，其中，所述的扫频频率序列中第一个扫频频率为扫频频率范围的最小值，所述的扫频频率序列中最后一个扫频频率为扫频频率范围的最大值，所述的扫频频率范围即为通过在实际环境中测得并扩大10％后的磁场强度范围代入拉莫尔方程w＝B0*r计算所得的射频频率范围，B0为磁场强度，w为射频频率，r为磁旋比常数，所述的扫频时间大于检测物质的T2驰豫时间且小于1.5倍的检测物质的T2驰豫时间；所述的嵌入式微处理器每次进行检测时，以扫频时间作为一个扫频周期来周期性的进行扫频以及周期性的进行数据处理，且扫频周期和数据处理周期交替，其中第一个数据处理周期位于第一个扫频周期之后，在第一个扫频周期，所述的嵌入式微处理器在其输出端默认输出扫频频率序列中第一个扫频频率，在后续扫频周期中，所述的嵌入式微处理器将扫频频率序列中其他扫频频率从小到大依次输出，所述的射频信号发生器用于在每个扫频周期产生频率等于当前扫频周期的扫频频率的射频脉冲在其输出端输出，所述的射频功率放大电路用于对所述的射频信号发生器输出的射频脉冲进行放大得到相应的射频脉冲在其输出端输出，所述的嵌入式微处理器的控制端用于输出PWM信号，所述的嵌入式微处理器输出的PWM信号用于控制所述的射频开关电路的公共端和第一端导通或者公共端和第二端导通，在所述的射频开关电路的公共端和第一端导通时，所述的嵌入式微处理器控制所述的模数转换电路不工作，在所述的射频开关电路的公共端和第二端导通时，所述的嵌入式微处理器控制所述的模数转换电路进入工作状态进行数据采集，并在完成数据采集后停止工作，在每个扫频周期，所述的嵌入式微处理器输出的PWM信号控制所述的射频开关电路的公共端和第一端导通，此时所述的射频开关电路形成发射通路，所述的射频功率放大电路输出的射频脉冲能够通过所述的射频开关电路输送至射频线圈，射频线圈产生电磁场，当在一个扫频周期结束时，所述的嵌入式微处理器进入一个数据处理处理周期，此时所述的嵌入式微处理器输出的PWM信号控制所述的射频开关电路的公共端和第二端导通，所述的射频开关电路形成接收通路，射频线圈感应到核磁共振回波信号并通过所述的射频开关电路输入所述的低噪前置放大电路，所述的低噪前置放大电路用于放大接收到的核磁共振回波信号并输出，所述的外差式锁定放大电路用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹庭浪，邬杨波，倪海燕，谢建军，郭智勇，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：