CN204422450U - 一种数字化核磁共振控制台装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及核磁共振仪器，具体涉及一种数字化核磁共振控制台装置。其特征在于该装置由主控系统、DDS频率发生器、放大器、功分器、衰减器、混频器、功放器、双工器、前放器、可变增益运放、滤波器、数字中频接收器、时钟分配器、人机终端构成。主控系统采用的是双核ARM或者双核DSP芯片，本实用新型中的功分器、放大器、衰减器、混频器、功放器、双工器、前放器、可变增益运放全部是集成模块。本实用新型具有运行速度快，稳定性高，成本低，准确性高等优点。特别适合于核磁共振分析仪中系统集成应用。

Description

一种数字化核磁共振控制台装置

技术领域

本实用新型涉及核磁共振仪器，具体涉及一种数字化核磁共振控制台装置。

背景技术

核磁共振技术是目前技术含量最高、功能最强大、适用性最广泛的物质组分分析技术，可对被测样品的物理性质和化学组成进行实时分析。该技术涵盖了电子技术、磁体技术、计算机技术等交叉学科技术。基于该技术的核磁共振分析仪主要应用于炼油厂的原油蒸馏和原油分析工艺流程。衍生应用到石油、化工、能源、食品、材料、制药等工艺流程中样品质量指标在线分析。

核磁共振控制台装置是核磁共振分析仪的核心部件，早期由于电子技术发展的限制，采用的是模拟控制台技术，由模拟器件组成的控制台整体设计繁复，涉及的模拟器件太多，整机调试难度大，核磁共振谱生成的速度慢，准确性低，稳定性差。

现有的核磁共振控制台装置多数是数字化控制台装置。以中国专利号CN1361418A，CN1831552A的专利为例，CN1361418A中公开的数字化核磁共振控制台装置主要由主计算机、控制与数据接口模块，系统总线背板、主脉冲程序控制模块、从脉冲程序控制模块、梯度控制模块、辅助接口、发射机、接收机、梯度驱动及主时钟信号发生器组成。虽然该装置的适用性较强，可扩展性好，但整体设计过于复杂，器件多，稳定性差，成本高。CN1831552A中公开的基于USB总线的一体化核磁共振谱仪控制台，它是一种适用于核磁共振谱仪的通用装置，仅用一块板卡实现了谱仪控制台的所有功能，包括：控制/通讯单元、脉冲序列控制单元、射频发射单元和信号接收单元。但在设计中采用的是超外差中频数字接收机，系统结构复杂，而且中频信号调理过程涉及的器件较多，成本高，稳定性差。

发明内容

针对现有核磁共振控制台存在的缺陷，提出了一种速度快，稳定性高，成本低，准确性高的数字化核磁共振控制台装置。

解决上述技术问题所采取的措施是：一种数字化核磁共振控制台装置，其特征在于该装置由主控系统、DDS频率发生器、放大器、功分器、衰减器、混频器、功放器、双工器、前放器、可变增益运放、滤波器、数字中频接收器、时钟分配器、人机终端构成。

主控系统通过IO控制DDS频率发生器，产生一路中频信号和一路本振信号。中频信号经过放大器，衰减器后进入混频器。另外一路本振信号经过功分器后，分解为两路本振信号，两路本振信号分别经过放大器和衰减器后，其中一路本振信号与中频信号一起进入混频器合成射频信号，射频信号经过功放器进行功率放大，然后进入双工器切换进入探头。从探头返回的射频FID信号通过双工器切换进入前放器进行初级放大，初级放大后的射频FID信号与另外一路本振信号进入混频器，解调出中频信号，中频信号经过可变增益运放，滤波器后进入数字中频接收器，数字中频接收器进行中频信号的直接采集，数字正交检波，数字滤波后进入主控系统。主控系统直接与人机终端通过以太网通讯方式将核磁共振谱上传，由人机终端进行进一步处理与显示。

主控系统由双核ARM或者双核DSP芯片及其外围最小系统、以太网芯片、输入输出系统组成，保证装置的高速运行。人机终端可以采用平板电脑或者其他集成化人机界面。DDS频率发生器由DDS芯片及其外围电路构成。时钟分配器为DDS频率发生器、主控系统、数字中频接收器提供稳定可靠，相位统一的时钟。功分器、放大器、衰减器、混频器、功放器、双工器、前放器、可变增益运放全部是集成模块，保证了系统的高稳定性和集成性，降低了整套装置的成本。

本实用新型与现有技术相比，由于主控系统采用双核ARM或者双核DSP芯片，整体装置的性能得到提升，运行速度更快。采用集成模块化的设计，保证了系统的高稳定性，降低了该装置的成本。采用时钟分配器为DDS频率发生器、主控系统、数字中频接收器提供稳定可靠，相位统一的时钟。数字中频接收器采用中频信号直接采集比超外差式接收器的硬件更加简洁，稳定性更高，成本更低。

附图说明

图1为本实用新型结构框图。

具体实施方式

结合附图详细说明本实用新型专利的结构。

一种数字化核磁共振控制台装置，见图1，主控系统采用的是TI公司的双核处理器F28M35H52C1集成电路，其中该集成电路ARM子系统Cortex M3负责控制DDS频率发生器，并通过以太网接口控制LAN91C111集成电路实现与人机终端的通讯，TMS320C28x子系统负责控制数字中频接收器，完成信号的采集与处理。

DDS频率发生器采用AD9959集成电路，标准的外围电路设计。放大器采用射频集成放大器模块MAN-1，衰减器采用射频集成模块SRA-1+搭建的标准电路，功分器采用PSC-2-1，混频器采用TAK-1H+，功放器采用N146-4757A，双工器采用N120-2067G，前放器采用N141-304AB，可变增益运放采用AD8376，数字中频接收器采用AD6655，人机终端采用北尔公司EXTER K100。时钟分配器核心芯片采用AD9511，分别为DDS频率发生器、主控系统、数字中频接收器提供时钟。

Claims (4)

1.一种数字化核磁共振控制台装置，其特征在于：该装置由主控系统、DDS频率发生器、放大器、功分器、衰减器、混频器、功放器、双工器、前放器、可变增益运放、滤波器、数字中频接收器、时钟分配器、人机终端构成，主控系统通过IO控制DDS频率发生器，产生一路中频信号和一路本振信号，中频信号经过放大器，衰减器后进入混频器，另外一路本振信号经过功分器后，分解为两路本振信号，两路本振信号分别经过放大器和衰减器后，其中一路本振信号与中频信号一起进入混频器合成射频信号，射频信号经过功放器进行功率放大，然后进入双工器切换进入探头，从探头返回的射频FID信号通过双工器切换进入前放器进行初级放大，初级放大后的射频FID信号与另外一路本振信号进入混频器，解调出中频信号，中频信号经过可变增益运放，滤波器后进入数字中频接收器，数字中频接收器进行中频信号的直接采集，数字正交检波，数字滤波后进入主控系统，主控系统直接与人机终端通过以太网通讯方式将核磁共振谱上传，由人机终端进行进一步处理与显示。

2.根据权利要求1所述的一种数字化核磁共振控制台装置，其特征在于：功分器、放大器、衰减器、混频器、功放器、双工器、前放器、可变增益运放全部是集成模块。

3.根据权利要求1所述的一种数字化核磁共振控制台装置，其特征在于：时钟分配器为DDS频率发生器、主控系统、数字中频接收器提供时钟。

4.根据权利要求1所述的一种数字化核磁共振控制台装置，其特征在于：主控系统由双核ARM或者双核DSP芯片及其外围最小系统、以太网芯片、输入输出系统组成。