CN105137497B - 基于mosfet的低场核磁共振q转换电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路。该电路包括：谐振电路、转换电路、双工器、第一控制器和第二控制器；谐振电路包括并联的调谐电容和电感；转换电路包括串联的MOSFET电路和功率电阻，转换电路与谐振电路并联构成并联网络；双工器与并联网络串联；第一控制器与双工器连接；第二控制器与MOSFET电路连接。本发明实施例通过控制MOSFET电路开启或关闭，使发送射频信号，以及端接收核磁共振信号时，单天线工作在高Q值状态；泄放谐振电路能量时，单天线工作在低Q值状态，缩短了单天线恢复时间常数以及单天线恢复时间，提高了低场核磁共振仪器对核磁共振信号的检测精准，以及低场核磁共振仪器的灵敏度。

Description

基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路

技术领域

本发明实施例涉及石油勘探领域，尤其涉及一种基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路。

背景技术

核磁共振测井是一种适用于裸眼井的测井新技术，是目前唯一可以直接测量任意岩性储集层自由流体渗流体积特性的测井方法，有明显的优越性。核磁共振技术是利用原子核的顺磁性以及与它们相互作用的外加磁场。

现有的低场核磁共振仪器采用单天线结构，通过单天线发射大功率射频信号对所测样品进行激发，并在特定时间利用单天线接收对所测样品产生的核磁共振信号，即单天线既能完成接收信号的功能也能完成发射信号的功能。为了提高信号的发射效率以及接收信号的信噪比水平，在对单天线进行设计时，需要单天线具有较高的品质因数Q值和较低的天线谐振频率ω，但是单天线恢复时间常数以及单天线恢复时间均与品质因数Q值成正比，与天线谐振频率ω成反比，导致单天线恢复时间常数以及单天线恢复时间较长。

较长的单天线恢复时间常数以及单天线恢复时间容易造成单天线接收到的核磁共振信号被单天线上的能量泄放信号掩盖掉，导致低场核磁共振仪器对核磁共振信号检测不精准，以及低场核磁共振仪器的灵敏度低。

发明内容

本发明实施例提供一种基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路，以提高低场核磁共振仪器对核磁共振信号的检测精度，以及低场核磁共振仪器的灵敏度。

本发明实施例的一个方面是提供一种基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路，包括：谐振电路、转换电路、双工器、第一控制器和第二控制器；其中，

所述谐振电路包括调谐电容和电感，所述调谐电容和所述电感并联；

所述转换电路包括MOSFET电路和功率电阻，所述MOSFET电路与所述功率电阻串联，所述转换电路与所述谐振电路并联构成并联网络；

所述双工器与所述并联网络串联；

所述第一控制器与所述双工器连接，用于控制所述双工器与射频信号发送端连接或者与核磁共振信号接收端连接；

所述第二控制器与所述MOSFET电路连接，用于控制所述MOSFET电路开启或关闭。

本发明实施例提供的基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路，通过第二控制器控制MOSFET电路开启或关闭，使射频信号发送端发送射频信号，以及核磁共振信号接收端接收核磁共振信号时，MOSFET电路关闭，功率电阻不接入谐振电路中，单天线工作在高Q值状态；泄放谐振电路能量时，MOSFET电路开启，功率电阻接入谐振电路中，快速泄放掉谐振电路中的能量，单天线工作在低Q值状态，缩短了单天线恢复时间常数以及单天线恢复时间，提高了低场核磁共振仪器对核磁共振信号的检测精准，以及低场核磁共振仪器的灵敏度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路的示意图；

图2为本发明另一实施例提供的基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路的示意图；

图3为本发明另一实施例提供的MOSFET电路的结构图；

图4为本发明另一实施例提供的适用于低场核磁共振Q转换电路的时序图；

图5为本发明另一实施例提供的基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路的仿真原理图；

图6a为本发明另一实施例提供的基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路的仿真结果图；

图6b为本发明另一实施例提供的基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路的仿真结果图；

图7为本发明另一实施例提供的基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路的示意图。

具体实施方式

图1为本发明实施例提供的基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路的示意图。本发明实施例针对现有技术中单天线较长的单天线恢复时间常数以及单天线恢复时间，提供了基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路的示意图，如图1所示，基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路包括谐振电路11、转换电路12、双工器13、第一控制器14和第二控制器15；其中，谐振电路11包括调谐电容111和电感112，调谐电容111和电感112并联；转换电路12包括MOSFET电路121和功率电阻122，MOSFET电路121和功率电阻122串联，转换电路12与谐振电路11并联构成并联网络10；双工器13与并联网络10串联；第一控制器14与双工器13连接，用于控制双工器13与射频信号发送端16连接或者与核磁共振信号接收端17连接；第二控制器15与MOSFET电路121连接，用于控制MOSFET电路121开启或关闭。

如图1所示，控制双工器13与射频信号发送端16连接时，射频信号发送端16发送射频信号，射频信号通过单天线的谐振电路11发送出去，且射频信号发送过程中，第二控制器15控制MOSFET电路121处于关闭状态，此时单天线工作在高Q值状态。当射频信号发送完成后，谐振电路11依然存在振荡电信号，即谐振电路11存储有多余的能量，此时，第二控制器15控制MOSFET电路121开启，功率电阻122接入谐振电路11中，泄放谐振电路11中多余的能量，此时单天线工作在低Q值状态，单天线上的大功率信号快速的得到泄放。泄放结束后，第二控制器15控制MOSFET电路121关闭，功率电阻122不再接入谐振电路11中，第一控制器14控制双工器13与核磁共振信号接收端17连接，由核磁共振信号接收端17接收核磁共振信号，此时单天线恢复高Q值状态。

由于低场核磁共振实验中单天线上的射频信号具有很高的功率，另外，普通的电阻会因发热导致电阻特性不稳定，因此，本发明实施例中功率电阻122优选为预定阻值的大功率电阻。

本发明实施例通过第二控制器控制MOSFET电路开启或关闭，使射频信号发送端发送射频信号，以及核磁共振信号接收端接收核磁共振信号时，MOSFET电路关闭，功率电阻不接入谐振电路中，单天线工作在高Q值状态；泄放谐振电路能量时，MOSFET电路开启，功率电阻接入谐振电路中，快速泄放掉谐振电路中的能量，单天线工作在低Q值状态，缩短了单天线恢复时间常数以及单天线恢复时间，提高了低场核磁共振仪器对核磁共振信号的检测精准，以及低场核磁共振仪器的灵敏度。

图2为本发明另一实施例提供的基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路的示意图。在上述实施例的基础上，基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路还包括驱动电路20，驱动电路20连接在第二控制器15与MOSFET电路122之间。

在本发明实施例中，第二控制器15具体可以为普通的TTL控制电平，由于MOSFET电路122开启或关闭状态的快速切换需要大电流进行控制，而普通的TTL控制电平无法满足快速切换MOSFET电路状态的要求，因此，引入驱动电路20提供较大的驱动电流，以快速切换MOSFET电路122的开启或关闭状态。

基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路还包括耦合电容21，耦合电容21连接在双工器13与并联网络10之间。耦合电容21用来调整整个单天线的输出阻抗为50欧姆。

图3为本发明另一实施例提供的MOSFET电路的结构图。在上述实施例的基础上，MOSFET电路121包括第一MOSFET M1和第二MOSFET M2，第一MOSFET M1的栅极和第二MOSFETM2的栅极相连，第一MOSFET M1的源极和第二MOSFET M2的源极相连。第一MOSFET M1和第二MOSFET M2的类型相同。

如图3所示，第一MOSFET M1的栅极和第二MOSFET M2的栅极相连构成引脚1，第一MOSFET M1的源极和第二MOSFET M2的源极相连，第一MOSFET M1的漏极为引脚2，第二MOSFET M2的漏极为引脚3，引脚1等效为MOSFET电路121的栅极，引脚2等效为MOSFET电路121的漏极，引脚3等效为MOSFET电路121的源极；或者引脚1等效为MOSFET电路121的栅极，引脚2等效为MOSFET电路121的源极，引脚3等效为MOSFET电路121的漏极。

本发明实施例通过引入驱动电路提高了MOSFET电路开启或关闭状态的切换速度，进一步提高了低场核磁共振仪器对核磁共振信号的检测精准，以及低场核磁共振仪器的灵敏度；通过第一MOSFET和第二MOSFET构成等效的MOSFET电路，增加了MOSFET电路的耐压性。

图4为本发明另一实施例提供的适用于低场核磁共振Q转换电路的时序图。所述射频信号发送端发送射频信号时，所述第一控制器控制所述双工器与所述射频信号发送端连接，所述射频信号发送结束后，所述第二控制器控制所述MOSFET电路开启，以泄放所述谐振电路中的能量。所述第一控制器控制所述双工器与所述射频信号发送端断开之前，所述第二控制器控制所述MOSFET电路关闭。所述谐振电路中的能量泄放完成后，所述第一控制器控制所述双工器与所述核磁共振信号接收端连接，由所述核磁共振信号接收端接收核磁共振信号。

如图4所示，时序L1为第一控制器对应的控制信号，该控制信号为高电平时，第一控制器控制双工器13与射频信号发送端16连接，该控制信号为低电平时，第一控制器控制双工器13与核磁共振信号接收端17连接。

时序L2为第二控制器对应的控制信号，该控制信号为高电平时，第二控制器控制MOSFET电路122开启，功率电阻122接入谐振电路11，单天线工作在低Q值状态；该控制信号为低电平时，第二控制器控制MOSFET电路122关闭，功率电阻122不再接入谐振电路11，单天线工作在高Q值状态。

时序L3表示射频信号，时序L4表示核磁共振信号。

根据图4可知，射频信号发送端16发送射频信号时，第一控制器14控制双工器13与射频信号发送端16连接，射频信号发送结束后，第二控制器15控制MOSFET电路121开启，以泄放谐振电路11中的能量。第一控制器14控制双工器13与射频信号发送端16断开之前，第二控制器15控制MOSFET电路121关闭。谐振电路11中的能量泄放完成后，第一控制器14控制双工器13与核磁共振信号接收端17连接，由核磁共振信号接收端17接收核磁共振信号。

本发明实施例通过时序图来保证第一控制器对双工器的控制，以及第二控制器对MOSFET电路的控制，分别提高了第一控制器对双工器的控制精度，以及第二控制器对MOSFET电路的控制精度。

图5为本发明另一实施例提供的基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路的仿真原理图；图6a为本发明另一实施例提供的基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路的仿真结果图；图6b为本发明另一实施例提供的基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路的仿真结果图。如图5所示，本发明实施例具体利用Advanced Design System软件对该原理图进行仿真，其中，V1为射频脉冲信号输出源，其发射信号脉冲宽度为40微秒，V2为隔离电路控制端提供输入电压信号，电阻R为1k欧姆，原理图中天线谐振频率在6MHz。图6a的纵坐标电压表示电感L两端的电压，当V2没有提供电压，Q转换电路不工作时，电感L两端的电压如图6a所示，即单天线上射频信号能量自由泄放的过程；图6b的纵坐标电压表示电感L两端的电压，当V2提供电压即Q转换电路工作情况下，单天线上射频信号能量泄放的过程。

图7为本发明另一实施例提供的基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路的示意图。如图7所示，基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路还包括：功放电路18和前放电路19，其中，功放电路18连接在双工器13与射频信号发送端16之间，用于对所述射频信号进行功率放大；前放电路19连接在双工器13与核磁共振信号接收端17之间，用于对所述核磁共振信号进行放大。

本发明实施例提供的基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路在改变单天线Q值的同时能够快速泄放单天线上的射频信号能量。

综上所述，本发明实施例通过第二控制器控制MOSFET电路开启或关闭，使射频信号发送端发送射频信号，以及核磁共振信号接收端接收核磁共振信号时，MOSFET电路关闭，功率电阻不接入谐振电路中，单天线工作在高Q值状态；泄放谐振电路能量时，MOSFET电路开启，功率电阻接入谐振电路中，快速泄放掉谐振电路中的能量，单天线工作在低Q值状态，缩短了单天线恢复时间常数以及单天线恢复时间，提高了低场核磁共振仪器对核磁共振信号的检测精准，以及低场核磁共振仪器的灵敏度；通过引入驱动电路提高了MOSFET电路开启或关闭状态的切换速度，进一步提高了低场核磁共振仪器对核磁共振信号的检测精准，以及低场核磁共振仪器的灵敏度；通过第一MOSFET和第二MOSFET构成等效的MOSFET电路，增加了MOSFET电路的耐压性；通过时序图来保证第一控制器对双工器的控制，以及第二控制器对MOSFET电路的控制，分别提高了第一控制器对双工器的控制精度，以及第二控制器对MOSFET电路的控制精度；基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路在改变单天线Q值的同时能够快速泄放单天线上的射频信号能量。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路，其特征在于，包括：谐振电路、转换电路、双工器、第一控制器和第二控制器；其中，

所述谐振电路包括调谐电容和电感，所述调谐电容和所述电感并联；

所述转换电路包括MOSFET电路和功率电阻，所述MOSFET电路与所述功率电阻串联，所述转换电路与所述谐振电路并联构成并联网络；

所述双工器与所述并联网络串联；

所述第一控制器与所述双工器连接，用于控制所述双工器与射频信号发送端连接或者与核磁共振信号接收端连接；

所述第二控制器与所述MOSFET电路连接，用于控制所述MOSFET电路开启或关闭；

所述射频信号发送端发送射频信号时，所述第一控制器控制所述双工器与所述射频信号发送端连接，所述射频信号发送结束后，所述第二控制器控制所述MOSFET电路开启，以泄放所述谐振电路中的能量。

2.根据权利要求1所述的基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路，其特征在于，还包括：

驱动电路，所述驱动电路连接在所述第二控制器与所述MOSFET电路之间。

3.根据权利要求2所述的基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路，其特征在于，还包括：

耦合电容，所述耦合电容连接在所述双工器与所述并联网络之间。

4.根据权利要求3所述的基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路，其特征在于，所述MOSFET电路包括第一MOSFET和第二MOSFET，其中，所述第一MOSFET的栅极和所述第二MOSFET的栅极相连，所述第一MOSFET的源极与所述第二MOSFET的源极相连。

5.根据权利要求4所述的基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路，其特征在于，所述第一MOSFET和所述第二MOSFET的类型相同。

6.根据权利要求1所述的基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路，其特征在于，所述第一控制器控制所述双工器与所述射频信号发送端断开之前，所述第二控制器控制所述MOSFET电路关闭。

7.根据权利要求6所述的基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路，其特征在于，所述谐振电路中的能量泄放完成后，所述第一控制器控制所述双工器与所述核磁共振信号接收端连接，由所述核磁共振信号接收端接收核磁共振信号。

8.根据权利要求7所述的基于MOSFET的低场核磁共振Q转换电路，其特征在于，还包括：

功放电路，所述功放电路连接在所述双工器与所述射频信号发送端之间，用于对所述射频信号进行功率放大；

前放电路，所述前放电路连接在所述双工器与所述核磁共振信号接收端之间，用于对所述核磁共振信号进行放大。