CN112147554B - 接收线圈的频率和匹配调谐装置、低温探头及磁共振装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接收线圈的频率和匹配调谐装置、低温探头及磁共振装置，调谐装置包括第一端口电容、第二端口电容、频率调谐单元和匹配调谐单元，所述第一端口电容和第二端口电容位于所述低温真空腔中，所述第一端口电容和接收线圈形成串联电路，所述第二端口电容与所述串联电路并联，所述第一端口电容用于确定所述接收线圈的谐振频率，所述第二端口电容用于确定所述接收线圈的阻抗匹配，所述频率调谐单元并联于所述第一端口电容的两端，并用于实现所述接收线圈的频率调谐，所述匹配调谐单元并联于所述第二端口电容的两端，并用于实现所述接收线圈的匹配调谐。本发明在保证线圈的品质因数的前提下，实现了低温探头中线圈的谐振频率和匹配调节。

Description

接收线圈的频率和匹配调谐装置、低温探头及磁共振装置

技术领域

本发明涉及探头技术领域，特别涉及一种接收线圈的频率和匹配调谐装置、低温探头及磁共振装置。

背景技术

相对于常温探头，低温探头具有更好的成像分辨率。低温探头中的天线通常至于液氮及液氦环境下，在该环境中，天线部分被密封于真空腔中，以避免结霜，影响测量精度，同时避免安全隐患。低温环境及不同负载会导致天线谐振频率的偏移与匹配失调，此时需要增加可调部分。如图1所示，可实现天线谐振频率和匹配的调谐，但是可调部分位于天线上，被置于真空腔中，无法实现手动调节功能。

为了实现手动调节功能，可以将可调部分拉出真空腔，如图2所示，可以实现手动调节功能，但是由于图2中对端口电容进行改变，对频率影响较小，无法实现调频功能，图3所示的一种手动调节装置中，由于线缆为线圈的一部分，增大了线圈损耗，不利于线圈品质因数的提升，不适用于目前对品质因数要求较高的低温探头应用中。

因而现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种接收线圈的频率和匹配调谐装置、低温探头及磁共振装置，可在保证功率因数的条件下，解决目前低温环境下无法调节低温探头中天线的谐振频率和匹配的问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种接收线圈的频率和匹配调谐装置，用于对置于低温真空腔内的接收线圈进行频率和匹配的调谐，包括第一端口电容、第二端口电容、频率调谐单元和匹配调谐单元，所述第一端口电容和第二端口电容均位于所述低温真空腔中，其中，

所述第一端口电容和所述接收线圈串联形成串联电路，所述第二端口电容与所述串联电路并联，所述第一端口电容用于确定所述接收线圈的谐振频率，所述第二端口电容用于确定所述接收线圈的阻抗匹配，所述频率调谐单元并联于所述第一端口电容的两端，并用于实现所述接收线圈的频率调谐，所述匹配调谐单元并联于所述第二端口电容的两端，并用于实现所述接收线圈的匹配调谐。

优选的，所述的接收线圈的频率和匹配调谐装置中，所述频率调谐单元通过第一同轴电缆连接所述第一端口电容的两端。

优选的，所述的接收线圈的频率和匹配调谐装置中，所述匹配调谐单元通过第二同轴电缆连接所述第二端口电容的两端。

优选的，所述的接收线圈的频率和匹配调谐装置中，所述频率调谐单元包括第一可调电容，所述第一可调电容位于所述低温真空腔中，所述第一可调电容与所述第一端口电容并联，通过向所述第一可调电容的两端输入电信号来改变所述第一可调电容的电容值，以实现所述接收线圈的频率调谐。

优选的，所述的接收线圈的频率和匹配调谐装置中，所述频率调谐单元还包括串联或并联在所述第一可调电容的两端的电感。

优选的，所述的接收线圈的频率和匹配调谐装置中，所述频率调谐单元包括若干个串联或者并联的第二可调电容，所述频率调谐单元位于所述低温真空腔之外。

优选的，所述的接收线圈的频率和匹配调谐装置中，所述匹配调谐单元包括第三可调电容，所述第三可调电容位于所述低温真空腔中，所述第三可调电容与所述第二端口电容并联，通过向所述第三可调电容的两端输入电信号来改变所述第三可调电容的电容值，以实现所述接收线圈的匹配调谐。

优选的，所述的接收线圈的频率和匹配调谐装置中，所述匹配调谐单元包括若干个串联或者并联的第四可调电容，所述匹配调谐单元位于所述低温真空腔之外。

优选的，所述的接收线圈的频率和匹配调谐装置中，所述匹配调谐单元的两端并联有低噪声放大器，所述低噪声放大器用于对所述接收线圈接收到的信号进行噪声抑制和信号放大。

一种低温探头，包括如上所述的接收线圈的频率和匹配调谐装置。

一种磁共振装置，包括如上所述的低温探头。

相较于现有技术，本发明提供的接收线圈的频率和匹配调谐装置、低温探头及磁共振装置，可以通过在端口电容中串联调谐单元，来实现低温探头的接收线圈的谐振频率和匹配的手动调谐，而且由于用于实现端口电容和调谐单元连接的线缆并非线圈的一部分，所以不会增大线圈的损耗，可以保证线圈的品质因数。

附图说明

图1为现有的可进行接收线圈的频率和匹配调谐的装置的原理图；

图2为第一种现有的可进行接收线圈的频率和匹配的手动调谐装置原理图；

图3为第二种现有的可进行接收线圈的频率和匹配的手动调谐装置原理图；

图4为本发明提供的接收线圈的频率和匹配调谐装置的一较佳实施例的原理图；

图5为本发明提供的接收线圈的频率和匹配调谐装置中，所述频率调谐单元的第一实施例的原理图；

图6为本发明提供的接收线圈的频率和匹配调谐装置中，所述频率调谐单元的第二实施例的原理图；

图7为本发明提供的接收线圈的频率和匹配调谐装置中，所述频率调谐单元的第三实施例的原理图；

图8为本发明提供的接收线圈的频率和匹配调谐装置中，所述匹配调谐单元的第一实施例的原理图；

图9为本发明提供的接收线圈的频率和匹配调谐装置中，所述匹配调谐单元的第二实施例的原理图。

具体实施方式

本发明提供一种接收线圈的频率和匹配调谐装置、低温探头及磁共振装置，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图4，本发明实施例提供的接收线圈的频率和匹配调谐装置，用于在保证线圈功率因数的前提下，实现对置于低温真空腔内的接收线圈L1的频率和匹配调谐，并且可以实现手动调谐。

具体的，所述接收线圈的频率和匹配调谐装置包括第一端口电容C1、第二端口电容C2、频率调谐单元1和匹配调谐单元2，其中，所述第一端口电容C1和第二端口电容C2均位于所述低温真空腔中，所述第一端口电容C1和所述接收线圈L1串联形成串联电路，所述第二端口电容C2与所述串联电路并联，所述第一端口电容C1用于确定所述接收线圈L1的谐振频率，所述第二端口电容C2用于确定所述接收线圈L2的阻抗匹配。

为了实现接收线圈的频率和匹配的调谐，本发明实施例中设置有频率调谐单元1和匹配调谐单元2，其中，所述频率调谐单元1并联于所述第一端口电容C1的两端，并用于实现所述接收线圈L1的频率调谐，所述匹配调谐单元2并联于所述第二端口电容C2的两端，并用于实现所述接收线圈L2的匹配调谐。

具体来说，所述接收线圈L1的谐振频率的计算公式为：其中，C为与所述接收线圈L1串联的电容的电容值，故根据公式可知，在电感固定的条件下，谐振频率与电容值呈反比，所以通过改变与所述接收线圈L1串联的电容的电容值大小可实现谐振频率的调谐，换而言之，所述频率调谐单元1并联于所述第一端口电容C1的两端，与所述第一端口电容C1组合形成一个与接收线圈串联的调频模块，所述频率调谐单元1可实现调频模块的总的电容值的改变，从而实现所述接收线圈的频率调谐，而且，由于用于实现所述第一端口电容C1和频率调谐单元1的并联线缆并不是接收线圈的一部分，所以不会增大线圈的损耗，进而不会对接收线圈的品质因数产生影响，所以可以兼顾接收线圈的频率调谐以及高品质因数。此外，由于所述频率调谐单元1可置于真空腔内或外，当所述频率调谐单元1置于真空腔外时，可直接进行手动调谐，当所述频率调谐单元1置于真空腔内时，可通过人工操作与频率调谐单元1连接的调谐机构来实现手动调谐。

所述接收线圈L1的匹配计算公式为：Xc＝1/(ωC)，其中C为与所述接收线圈L1并联的电容的电容值，故根据公式可知，匹配与电容值呈反比，所以通过改变与所述接收线圈L1并联的电容的电容值大小可实现匹配的调谐，换而言之，所述匹配调谐单元2并联于所述第二端口C2的两端，与所述第二端口电容C2组成一个与接收线圈L1串联的调匹配模块，所述匹配调谐单元2可实现调匹配模块的总的电容值的改变，从而实现所述接收线圈L1的匹配调谐，而且，由于用于实现所述第二端口电容C2和匹配调谐单元2的并联线缆并不是接收线圈L1的一部分，所以不会增大线圈的损耗，进而不会对接收线圈L1的品质因数产生影响，所以可以兼顾接收线圈的匹配调谐以及高品质因数。此外，由于所述匹配调谐单元2可置于真空腔内或外，当所述匹配调谐单元2置于真空腔外时，可直接进行手动调谐，当所述匹配调谐单元2置于真空腔内时，可通过人工操作与匹配调节单元2连接的调谐机构来实现手动调谐。

需要说明的是，本发明中所述频率调谐单元1和匹配调谐单元2可以单独或者组合使用，当所述频率调谐单元1和匹配调谐单元2单独使用时，可分别进行频率调节和匹配调节，组合使用时，可实现接收线圈的整体调谐，本发明对其使用方式不做限定。此外，本领域技术人员也可显而易见的根据本发明实施例只设置频率调谐单元1或者匹配调谐单元2来实现频率或匹配的单独调谐，其具体调谐方式如上所述，在此不再赘述。

进一步的实施例中，为了避免增大线圈的损耗导致线圈的品质因数减小，所述频率调谐单元1通过第一同轴电缆3连接所述第一端口电容C1的两端，所述第一同轴电缆3可通过连接器从低温环境过渡到常温环境，再接所述频率调谐单元1，避免对信号传输产生影响。

同上述实施例一样，为了避免增大线圈的损耗导致线圈的品质因数减小，所述匹配调谐单元2通过第二同轴电缆4连接所述第二端口电容C2的两端，所述第一同轴电缆3可通过连接器从低温环境过渡到常温环境，再接所述频率调谐单元1，避免对信号传输产生影响。

由于改变电容值的方式多种多样，故所述频率调谐单元1和所述匹配调谐单元2均具有多个不同的实施例，具体的，

请参阅图5，在所述频率调谐单元1的第一实施例中，所述频率调谐单元1包括第一可调电容C3，所述第一可调电容C3位于所述低温真空腔中，所述第一可调电容C3与所述第一端口电容C1并联，通过向所述第一可调电容C3的两端输入电信号来改变所述第一可调电容C3的电容值，以实现所述接收线圈的频率调谐。具体来说，当所述第一可调电容C3与所述第一端口电容C1并联时，所述频率调谐单元1与所述第一端口电容C1组成的调频模块的总的电容值为第一可调电容C3和第一端口电容C1的电容值之和，所以通过直流电或者电压等电信号方式来改变第一可调电容C3的电容值大小，即可改变调频模块的总的电容值的大小，进而实现接收线圈L1的谐振频率的调谐。

请参阅图6，在所述频率调谐单元1的第二实施例中，在所述频率调谐单元的第一实施例的基础上，所述频率调谐单元1还包括串联或并联在所述第一可调电容C3的两端的电感L2，本实施例中频率调谐的方式与所述频率调谐单元1的第一实施例中一样，在此不再赘述。其中，电感L2的作用可以减少第一可调电容C3的电容值突变，使所述第一可调电容C3的容值改变精度更高，从而增大调谐的精度。

请参阅图7，在所述频率调谐单元1的第三实施例中，所述频率调谐单元1包括若干个串联或者并联的第二可调电容C4，所述频率调谐单元1位于所述低温真空腔之外。本实施例中频率调谐的方式与所述频率调谐单元1的第一实施例中一样，在此不再赘述。由于所述频率调谐单元1位于所述低温真空腔之外，所以可直接手动改变各个第二可调电容C4的电容值。

在所述频率调谐单元1的第四实施例中，在所述频率调谐单元1的第三实施例的基础上，所述频率调谐单元1还包括与所述第二电容C4并联的第二电感，本实施例中频率调谐的方式与所述频率调谐单元1的第一实施例中一样，在此不再赘述。其中，第二电感的作用可以减少第二可调电容C3的电容值突变，使所述第二可调电容C4的容值改变精度更高，从而增大调谐的精度。

请参阅图8，在所述匹配调谐单元的第一实施例中，所述匹配调谐单元2包括第三可调电容C5，所述第三可调电容C5位于所述低温真空腔中，所述第三可调电容C5与所述第二端口电容C2并联，通过向所述第三可调电容C5的两端输入电信号来改变所述第三可调电容C5的电容值，以实现所述接收线圈L1的匹配调谐。具体来说，当所述第三可调电容C5与所述第二端口电容C2并联时，所述匹配调谐单元2与所述第二端口电容C2组成的调匹配模块的总的电容值为第三可调电容C5和第二端口电容C2的电容值之和，所以通过直流电或者电压等电信号方式来改变第三可调电容C5的电容值大小，即可改变调匹配模块的总的电容值的大小，进而实现接收线圈L1的匹配的调谐。

请参阅图9，在所述匹配调谐单元的第二实施例中，所述匹配调谐单元2包括若干个串联或者并联的第四可调电容C6，所述匹配调谐单元2位于所述低温真空腔之外。本实施例中，匹配调谐的方式与所述匹配调谐单元的第一实施例中的方式一样，在此不再赘述。由于所述匹配调谐单元2位于所述低温真空腔之外，所以可直接手动改变各个第三可调电容C5的电容值。

需要说明的是，本发明中所述频率调谐单元1的各个实施例可以和所述匹配调谐单元2的各个实施例进行任意组合来实现接收线圈L1的调谐，换而言之，本发明中提供所述接收线圈的频率和匹配调谐装置的8种实施例，当然，本发明并不限定于此8种实施例所述的频率和匹配调谐方式，本领域技术人员可显而易见的根据需求进行设计，在此不再赘述。

优选的实施例中，所述匹配调谐单元2的两端并联有低噪声放大器(图中未示出)，所述低噪声放大器用于对所述接收线圈接收到的信号进行噪声抑制和信号放大，以实现所述接收线圈L1的信号稳定接收。

基于上述接收线圈的频率和匹配调谐装置，本发明还相应的提供一种低温探头，所述低温探头包括如上述实施例所述的接收线圈的频率和匹配调谐装置，因此，上述接收线圈的频率和匹配调谐装置所具备的技术效果，低温探头同样具备，在此不再赘述。

基于上述低温探头，本发明还相应的提供一种磁共振装置，所述磁共振装置包括如上述实施例所述的低温探头，因此，上述低温探头所具备的技术效果，磁共振装置同样具备，在此不再赘述。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种接收线圈的频率和匹配调谐装置，用于对置于低温真空腔内的接收线圈进行频率和匹配的调谐，其特征在于，包括第一端口电容、第二端口电容、频率调谐单元和匹配调谐单元，所述第一端口电容和第二端口电容均位于所述低温真空腔中，其中，

所述第一端口电容和所述接收线圈串联形成串联电路，所述第二端口电容与所述串联电路并联，所述第一端口电容用于确定所述接收线圈的谐振频率，所述第二端口电容用于确定所述接收线圈的阻抗匹配，所述频率调谐单元并联于所述第一端口电容的两端，并用于实现所述接收线圈的频率调谐，所述匹配调谐单元并联于所述第二端口电容的两端，并用于实现所述接收线圈的匹配调谐；

所述频率调谐单元位于所述低温真空腔之外，所述匹配调谐单元位于所述低温真空腔之外。

2.根据权利要求1所述的接收线圈的频率和匹配调谐装置，其特征在于，所述频率调谐单元通过第一同轴电缆连接所述第一端口电容的两端。

3.根据权利要求1所述的接收线圈的频率和匹配调谐装置，其特征在于，所述匹配调谐单元通过第二同轴电缆连接所述第二端口电容的两端。

4.根据权利要求1所述的接收线圈的频率和匹配调谐装置，其特征在于，所述频率调谐单元包括第一可调电容，所述第一可调电容位于所述低温真空腔中，所述第一可调电容与所述第一端口电容并联，通过向所述第一可调电容的两端输入电信号来改变所述第一可调电容的电容值，以实现所述接收线圈的频率调谐。

5.根据权利要求4所述的接收线圈的频率和匹配调谐装置，其特征在于，所述频率调谐单元还包括串联或并联在所述第一可调电容的两端的电感。

6.根据权利要求1所述的接收线圈的频率和匹配调谐装置，其特征在于，所述频率调谐单元包括若干个串联或者并联的第二可调电容。

7.根据权利要求1所述的接收线圈的频率和匹配调谐装置，其特征在于，所述匹配调谐单元包括第三可调电容，所述第三可调电容位于所述低温真空腔中，所述第三可调电容与所述第二端口电容并联，通过向所述第三可调电容的两端输入电信号来改变所述第三可调电容的电容值，以实现所述接收线圈的匹配调谐。

8.根据权利要求1所述的接收线圈的频率和匹配调谐装置，其特征在于，所述匹配调谐单元包括若干个串联或者并联的第四可调电容。

9.根据权利要求1所述的接收线圈的频率和匹配调谐装置，其特征在于，所述匹配调谐单元的两端并联有低噪声放大器，所述低噪声放大器用于对所述接收线圈接收到的信号进行噪声抑制和信号放大。

10.一种低温探头，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的接收线圈的频率和匹配调谐装置。

11.一种磁共振装置，其特征在于，包括如权利要求10所述的低温探头。