CN114567289B

CN114567289B - 一种用于核磁共振谐振电路的气动自动调谐装置与方法

Info

Publication number: CN114567289B
Application number: CN202210449716.4A
Authority: CN
Inventors: 王佳鑫; 杨俊�; 刘朝阳; 张正逢; 康慧敏
Original assignee: Institute of Precision Measurement Science and Technology Innovation of CAS
Current assignee: Institute of Precision Measurement Science and Technology Innovation of CAS
Priority date: 2022-04-27
Filing date: 2022-04-27
Publication date: 2022-07-29
Anticipated expiration: 2042-04-27
Also published as: CN114567289A

Abstract

本发明公开了一种用于核磁共振谐振电路的气动自动调谐装置，包括气动控制器，还包括气管、铜管、涡轮和无磁可调电容，气管连接铜管与气动控制器，涡轮设置在铜管中，涡轮与无磁可调电容的调节杆轴接。本发明还公开了一种用于核磁共振谐振电路的气动自动调谐方法。本发明解决了在强磁场环境下核磁共振探头自动调谐困难的问题，较现有的无磁电机自动调节方案节约了成本，较传统的手动调节方式更加智能与便捷。

Description

一种用于核磁共振谐振电路的气动自动调谐装置与方法

技术领域

本发明涉及核磁共振谐振电路的调谐技术领域，尤其是自动调谐技术领域。更具体涉及一种用于核磁共振谐振电路的气动自动调谐装置，还涉及一种用于核磁共振谐振电路的气动自动调谐方法，本发明应用于核磁共振波谱仪、磁共振成像仪等与磁共振原理相关的调谐设备中。

背景技术

核磁共振是外磁场中磁矩不为零的原子核系统在特定频率的射频脉冲作用下发生能级跃迁的共振现象。基于核磁共振原理的仪器可以测定物质的成分、含量与结构等信息。

核磁共振仪器的核心部件之一是由线圈与可调电容构成谐振电路。谐振电路上的射频线圈首先发射具有特定频率的射频脉冲激发样品的核磁共振信号，然后对核磁共振信号进行接收。在现代核磁共振仪器中，谐振电路的电感一般是固定的，通过调节电容容值可以将谐振电路调节至最佳的调谐与匹配状态，从而高效地产生射频脉冲以提高激发效率并减少功率反射，高效地的检测核磁共振信号以提高检测的灵敏度。因此，谐振电路的电容容值调节（即调谐与匹配）是核磁共振仪器的必备技术之一。

早期的核磁共振仪器采用手动调节的方式，即将电容的调节杆延长至探头底部，通过手动旋转延长杆，反复调节调谐与匹配电容，使谐振电路达到所需谐振频率与匹配值。手动调节的方式多依赖于实验人员的调节经验，效率较低，可靠性较差，严重影响实验进程。人们通过采用无磁步进电机代替手动调节，实现了谐振电路的自动调节。虽然采用无磁步进电机的自动调节一方面极大地提高了实验效率，但另一方面由于无磁电机的造价高昂，也极大地增加了设备成本。

谐振电路的工作区域处于强磁场中，任何能被强磁场所吸引的材料均不能使用。同时，谐振电路的工作区域非常狭小，一些复杂的机械结构无法在其内部安装。因此，设计一种简单高效而成本低廉的自动调节装置与方法是很有必要且有很困难的。

发明内容

本发明针对现有核磁共振仪器的调谐问题，提供一种用于核磁共振谐振电路的气动自动调谐装置，还提供一种用于核磁共振谐振电路的气动自动调谐方法。其目的在于为核磁共振仪器提供可靠高效而成本低廉的自动调节技术。

本发明的上述目的通过以下技术手段实现：

一种用于核磁共振谐振电路的气动自动调谐装置，包括气动控制器，还包括气管、铜管、涡轮和无磁可调电容，气管连接铜管与气动控制器，涡轮设置在铜管中，涡轮与无磁可调电容的调节杆轴接。

如上所述无磁可调电容焊接在第一电路圆盘的电容安装孔上，且无磁可调电容的调节杆的端部穿过第一电路圆盘并延伸到铜管内；涡轮套设固定在无磁可调电容的调节杆的端部；铜管贯穿固定在第二电路圆盘的铜管安装孔，第一电路圆盘和第二电路圆盘均焊接固定在探头支架上。

如上所述第二电路圆盘、铜管和涡轮同轴。

一种用于核磁共振谐振电路的气动自动调谐方法，利用气动自动调谐装置，所述气动自动调谐装置为两套，分别为第一套气动自动调谐装置和第二套气动自动调谐装置，第一套气动自动调谐装置的无磁可调电容为调谐电容，第二套气动自动调谐装置的无磁可调电容为匹配电容，包括以下步骤：

步骤1、上位机获取调谐中心频率与当前调谐频率的调谐偏移量，根据调谐偏移量生成调谐调节信号并将调谐调节信号通过CAN总线发送至第一套气动自动调谐装置的气动控制器，第一套气动自动调谐装置的气动控制器根据调谐调节信号控制风机的正转方向、反转方向、风机转速大小和风机旋转时间，进而带动第一套气动自动调谐装置的涡轮和调谐电容的调节杆转动，改变调谐电容的电容值，直至调谐曲线的最低点移至所设置的调谐中心频率处。

步骤2、上位机获取目标调谐曲线的最低点与当前调谐曲线的最低点的匹配偏移量，根据匹配偏移量生成匹配调节信号并将匹配调节信号通过CAN总线发送至第二套气动自动调谐装置的气动控制器，第二套气动自动调谐装置的气动控制器根据匹配调节信号控制风机的正转方向、反转方向、风机转速大小和风机旋转时间，进而带动第二套气动自动调谐装置的涡轮和匹配电容的调节杆转动，改变匹配电容的电容值，直至调谐曲线的最低点最小。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明解决了在强磁场环境下核磁共振谐振电路自动调谐困难的问题，其结构简单，易于实现，较传统的手动调节方式更加智能与便捷，较现有的无磁电机自动调节方案节约了成本。

附图说明

图1本发明整体框图。

图2为气动控制器的组成示意图。

图3（a）为涡轮主视图，图3（b）为涡轮立体图。

图4（a）为本发明安装结构主视图，图4（b）为本发明安装结构主视图的A-A剖面示意图。

图5为无磁可调电容的调节杆正转实施示意图。

图6为无磁可调电容的调节杆反转实施示意图。

图7为本发明方法的流程示意图。

具体实施方式

为了便于本领域的技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的实施例如下：

如图1所示，一种用于核磁共振谐振电路的气动自动调谐装置，包括气动控制器、气管406、铜管405、涡轮404、无磁可调电容401。

气动控制器通过CAN总线与上位机通讯，获取调节信号。气管406连接铜管405与气动控制器，提供气路通道。涡轮404设置在铜管405中，铜管405为涡轮404提供风道，气流经过铜管405会带动涡轮404旋转。涡轮404与无磁可调电容401的调节杆轴接，涡轮404的旋转带动无磁可调电容401的调节杆旋转。

如图2所示，气动控制器包括CAN控制器、驱动器、和风机。

CAN控制器负责与上位机通讯获得调节信号并将调节信号发送至驱动器，驱动器接收调节信号后驱动风机旋转，风机根据驱动器的驱动信号正转或反转，并调整转速大小，达到吹气或吸气的目的。

如图3（a）、图3（b）所示，涡轮404的内径根据无磁可调电容401的调节杆直径确定，涡轮套设固定在无磁可调电容401的调节杆的端部，涡轮404的各个扇叶为中心对称设计，本实施例中，扇叶数量为8个，可根据实际情况增减。

如图4（a）、图4（b）所示，第一电路圆盘402和第二电路圆盘403均焊接固定在探头支架上，其盘间距根据电路形式灵活调整；无磁可调电容401焊接在第一电路圆盘402的电容安装孔上，且无磁可调电容401的调节杆的端部穿过第一电路圆盘402并延伸到铜管405内；涡轮404套设固定在无磁可调电容401的调节杆的端部；铜管405贯穿固定在第二电路圆盘403的铜管安装孔，并穿过第二电路圆盘403，第二电路圆盘403、铜管 405和涡轮404同轴；气管406连接铜管与气动控制器，提供气路通道。

如图5所示，此时气动控制器吹气，气流从气动控制器的风机吹入气管406，流经气管406后，在铜管405内的风道上作用于涡轮404，驱动涡轮404正转后从靠近无磁可调电容401的调节杆处的铜管405末端排出，此时的无磁可调电容401的调节杆正转。

如图6所示，此时气动控制器吸气，气流从靠近无磁可调电容401的调节杆处的铜管405末端吸入，在铜管405内的风道上作用于涡轮404，驱动涡轮404反转后流经气管406，从驱动控制器的风机排出，此时的无磁可调电容401的调节杆反转。

无磁可调电容401，可直接市场上购买，其底部设置有容值调节杆。

涡轮404，其材质为无磁材料，包括一定数量的中心对称扇叶，其作用是在气体流动时提供旋转扭矩，带动无磁可调电容401的调节杆旋转。

铜管405，其内径略大于涡轮404直径，为涡轮404提供风道。

气管406，其材质为无磁材料，连接铜管405与气动控制器，提供气路通道。

第一电路圆盘402和第二电路圆盘403，为铜盘或PCB盘，用于固定无磁可调电容401和铜管405等零部件。

涡轮404固定在无磁可调电容401的调节杆上，通过过盈配合连接，但不限定于此，也可采用其他连接方式，如紧定螺钉紧锁等。

铜管405焊接在第二电路圆盘403上，与涡轮404同轴，铜管405长度应保证完全覆盖涡轮的轴向长度，为涡轮404提供风道。

气管406一端与铜管405连接，其连接方式不限定，保证气密性即可，例如可采用粘接，快插接头对接，过盈配合压接等。

气管406另一端与气动控制器连接，其连接方式不限定，保证气密性即可，例如可采用粘接，快插接头对接，过盈配合压接等。

气动控制器置于核磁共振谱仪控制台附近，保证远离磁场环境，并与上位机相连。

如图7所示，一种用于核磁共振谐振电路的气动自动调谐方法，包括两套上述气动自动调谐装置，其中第一套气动自动调谐装置的无磁可调电容401为调谐电容，第二套气动自动调谐装置的无磁可调电容401为匹配电容。

包括以下步骤：

步骤1、上位机根据外部获取调谐中心频率与当前调谐频率的调谐偏移量，根据调谐偏移量生成调谐调节信号并将调谐调节信号通过CAN总线发送至第一套气动自动调谐装置的气动控制器，第一套气动自动调谐装置的气动控制器根据调谐调节信号控制风机的正转方向、反转方向、风机转速大小和风机旋转时间，进而带动第一套气动自动调谐装置的涡轮404和调谐电容的调节杆转动，改变调谐电容的电容值，不断进行调节与修正，直至调谐曲线的最低点移至所设置的调谐中心频率处。

步骤2、上位机根据外部获取目标调谐曲线的最低点与当前调谐曲线的最低点的匹配偏移量，根据匹配偏移量生成匹配调节信号并将匹配调节信号通过CAN总线发送至第二套气动自动调谐装置的气动控制器，第二套气动自动调谐装置的气动控制器根据匹配调节信号控制风机的正转方向、反转方向、风机转速大小和风机旋转时间，进而带动第二套气动自动调谐装置的涡轮404和匹配电容的调节杆转动，改变匹配电容的电容值，不断进行调节与修正，直至调谐曲线的最低点最小。

经过多次反复调节，直至达到所需的目标频率与匹配值。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种用于核磁共振谐振电路的气动自动调谐装置，包括气动控制器，其特征在于，还包括气管（406）、铜管（405）、涡轮（404）和无磁可调电容（401），气动控制器、气管（406）和铜管（405）依次连接，涡轮（404）设置在铜管（405）中，涡轮（404）与无磁可调电容（401）的调节杆轴接，

所述无磁可调电容（401）焊接在第一电路圆盘（402）的电容安装孔上，且无磁可调电容（401）的调节杆的端部穿过第一电路圆盘（402）并延伸到铜管（405）内；涡轮（404）套设固定在无磁可调电容（401）的调节杆的端部；铜管（405）贯穿固定在第二电路圆盘（403）的铜管安装孔，第一电路圆盘（402）和第二电路圆盘（403）均焊接固定在探头支架上，

所述第二电路圆盘（403）、铜管（405）和涡轮（404）同轴。

2.一种用于核磁共振谐振电路的气动自动调谐方法，利用权利要求1所述的气动自动调谐装置，其特征在于，所述气动自动调谐装置为两套，分别为第一套气动自动调谐装置和第二套气动自动调谐装置，第一套气动自动调谐装置的无磁可调电容（401）为调谐电容，第二套气动自动调谐装置的无磁可调电容（401）为匹配电容，包括以下步骤：

步骤1、上位机获取调谐中心频率与当前调谐频率的调谐偏移量，根据调谐偏移量生成调谐调节信号并将调谐调节信号通过CAN总线发送至第一套气动自动调谐装置的气动控制器，第一套气动自动调谐装置的气动控制器根据调谐调节信号控制风机的正转方向、反转方向、风机转速大小和风机旋转时间，进而带动第一套气动自动调谐装置的涡轮（404）和调谐电容的调节杆转动，改变调谐电容的电容值，直至调谐曲线的最低点移至所设置的调谐中心频率处，

步骤2、上位机获取目标调谐曲线的最低点与当前调谐曲线的最低点的匹配偏移量，根据匹配偏移量生成匹配调节信号并将匹配调节信号通过CAN总线发送至第二套气动自动调谐装置的气动控制器，第二套气动自动调谐装置的气动控制器根据匹配调节信号控制风机的正转方向、反转方向、风机转速大小和风机旋转时间，进而带动第二套气动自动调谐装置的涡轮（404）和匹配电容的调节杆转动，改变匹配电容的电容值，直至调谐曲线的最低点最小。