CN213544671U - 一种用于磁共振系统的数字式电流传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于磁共振系统的数字式电流传感器，包括精密无感电阻、两个仪器放大器、差分衰减器、PGA、ADC、信号处理器以及对外接口；梯度功率放大器的输出功率信号通过精密无感电阻后连接到负载梯度线圈；精密无感电阻两端分别交叉通过两个仪器放大器进行放大；两个仪器放大器的输出端分别连接差分衰减器的正、反相输入端，差分衰减器输出端依次级联PGA、ADC、和信号处理器，信号处理器通过对外接口与梯度功率放大器连接。本实用新型提供电气隔离的数字式数据接口，简化梯度功率放大器的设计，其性能满足磁共振成像系统梯度控制的电流输出精度，幅度和频率范围要求。集成结构简单，成本较低。
Description
技术领域
本实用新型涉及磁共振系统领域，特别涉及一种用于磁共振系统的数字式电流传感器。
背景技术
电流传感器是一种检测装置，能感受到被测电流的信息，并能将检测感受到的信息按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。电流传感器依据测量原理不同，主要可分为分流器、电磁式电流互感器、电子式电流互感器等。
在磁共振梯度系统中，需要对流经梯度线圈的电流进行快速的高精度检测，以实现对此电流的精确控制。由于需要测量梯度电流的直流成分，只有基于分流器和磁通门的电流传感器在梯度反馈电流测量中获得主要应用。
磁通门传感器是利用被测磁场中高导磁率磁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的。这种物理现象对被测环境磁场来说好像是一道“门”，通过这道“门”，相应的磁通量即被调制，并产生感应电动势。利用这种现象来测量电流所产生的磁场，从而间接的达到测量电流的目的。目前磁通门技术是高性能电流传感器最好的解决方案。但此方案的成本非常高，相应的技术产品也属国外的厂家居多。
当前磁共振成像系统中的梯度电流传感器均为模拟信号接口，当此模拟的电流反馈信号回到基于数字技术实现的梯度功率放大器系统时，需要首先进行信号整形然后进行模数转换，方能参与系统的环路控制。
发明内容
本实用新型目的是：提供一种用于磁共振系统的数字式电流传感器，提供电气隔离的数字式数据接口，简化梯度功率放大器的设计，其性能满足磁共振成像系统梯度控制的电流输出精度，幅度和频率范围要求。
本实用新型的技术方案是：
一种用于磁共振系统的数字式电流传感器，串联在梯度功率放大器和负载梯度线圈之间，包括精密无感电阻、第一仪器放大器、第二仪器放大器、差分衰减器、可编程增益放大器、模拟数字转换器、信号处理器以及对外接口；
梯度功率放大器的输出功率信号通过精密无感电阻后连接到负载梯度线圈；精密无感电阻两端分别正相连接第一仪器放大器两个输入端，反相连接第二仪器放大器两个输入端；第一仪器放大器和第二仪器放大器的输出端分别连接差分衰减器的正、反相输入端，差分衰减器输出端依次级联可编程增益放大器、模拟数字转换器和信号处理器，信号处理器通过对外接口与梯度功率放大器连接。
优选的，所述第一仪器放大器、第二仪器放大器分别带有增益控制电阻 RG1，RG2，信号处理器通过控制增益控制电阻RG1，RG2的阻值，调整两个仪器放大器的放大倍数。
优选的，所述信号处理器还连接控制可编程增益放大器的放大倍数。
优选的，所述对外接口包括电源线端、数据线端和控制线端，信号处理器与梯度功率放大器之间通过对外接口进行数据信号与控制信号传输。
优选的，数字式电流传感器还包括光纤收发器，所述对外接口包括电源线端和控制线端，信号处理器通过光纤收发器向梯度功率放大器发送数据信号，通过对外接口接收梯度功率放大器的控制信号。
优选的，所述信号处理器与对外接口之间通过光耦隔离模块连接。
优选的，所述信号处理器根据控制信号要求，对两个仪器放大器的增益控制电阻RG1，RG2阻值大小进行调节，以及对可编程增益放大器的放大倍数进行调节，从而实现对不同精密无感电阻的匹配和满足模拟数字转换器的满量程要求。
优选的，所述信号处理器为FPGA、DSP或MCU。
本实用新型的优点是：
1.本实用新型用于磁共振系统的数字式电流传感器，提供电气隔离的数字式数据接口，简化梯度功率放大器的设计，其性能满足磁共振成像系统梯度控制的电流输出精度，幅度和频率范围要求。
2.本实用新型使用了光纤接口，数字化的电流信号可直接进入到梯度功率放大器的控制系统处理器(如DSP或FPGA等)参与计算，省去在数字控制板上额外增加的模拟信号电路，集成结构简单。
3.本实用新型的分流器式电流传感器，相对于磁通门式的电流传感器，大幅降低传感器的成本。
附图说明
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
图1为本实用新型用于磁共振系统的数字式电流传感器外部连接图；
图2为实施例1数字式电流传感器内部框图；
图3为实施例2数字式电流传感器内部框图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的用于磁共振系统的数字式电流传感器，串联在梯度功率放大器和负载梯度线圈之间，梯度功率放大器的输出功率信号通过数字式电流传感器后连接到负载梯度线圈。数字式电流传感器采集到的电流反馈到梯度功率放大器，梯度功率放大器向数字式电流传感器提供工作电源和发送控制信号。
实施例1
如图2所示，本实施例的用于磁共振系统的数字式电流传感器，包括精密无感电阻、第一仪器放大器INA1、第二仪器放大器INA2、差分衰减器、可编程增益放大器PGA、模拟数字转换器ADC、信号处理器、隔离电源以及对外接口；梯度功率放大器的输出功率信号通过精密无感电阻后连接到负载梯度线圈；精密无感电阻两端分别正相连接第一仪器放大器INA1两个输入端，反相连接第二仪器放大器INA2两个输入端；第一仪器放大器INA1和第二仪器放大器INA2的输出端分别连接差分衰减器的正、反相输入端，差分衰减器输出端依次级联可编程增益放大器PGA、模拟数字转换器ADC和信号处理器，信号处理器通过对外接口与梯度功率放大器连接。
上述第一仪器放大器INA1、第二仪器放大器INA2分别带有增益控制电阻RG1，RG2，信号处理器通过控制增益控制电阻RG1，RG2的阻值，调整两个仪器放大器的放大倍数。信号处理器还连接控制可编程增益放大器PGA的放大倍数。信号处理器可以是FPGA、DS或者MCU。
所述信号处理器与对外接口之间通过光耦隔离模块连接。所述对外接口包括电源线端、数据线端和控制线端，信号处理器与梯度功率放大器之间通过对外接口的数据线端和控制线端进行数据信号与控制信号传输。所述隔离电源通过电源线端向数字式电流传感器辅助供电。
实施例2
如图3所示，本实施例的数字式电流传感器与实施例1结构原理大致相同，区别在于：本实施例的数字式电流传感器还包括光纤收发器，所述对外接口包括电源线端和控制线端。信号处理器通过光纤收发器向梯度功率放大器发送数据信号，通过对外接口接收梯度功率放大器的控制信号。数字化的电流信号可直接进入到梯度功率放大器的控制系统处理器(如DSP或FPGA等)参与计算，省去在数字控制板上额外增加的模拟信号电路，集成结构简单。
上述两个实施例的数字式电流传感器的工作过程如下。
所述梯度功率放大器的输出功率信号的电流I经过精密无感电阻，在精密无感电阻两端产生毫伏级电压U，精密无感电阻阻值为R，有：
I＝U/R；
精密无感电阻两端电压U交叉通过两个仪器放大器进行低噪声放大，分别获得的差分电压信号V+、V-，放大倍数AI，AI的大小可由增益控制电阻RG1、RG2调整。随后差分电压信号V+、V-通过差分衰减器，把差分电压信号V+、V-的共模信号衰减掉，取出差模信号V1：
V1＝AD*(V+-V-)；
AD为差分衰减器的增益。
随后，所述差模信号V1通过可编程增益放大器PGA，调整幅度并作模数转换前的抗混叠滤波，获得调整后的信号VO：
VO＝V1*AP；
AP为可编程增益放大器PGA的增益；调整后的信号VO经过模拟数字转换器 ADC转换成数字信号，进入信号处理器作进一步的数字信号处理。信号处理器将模拟数字转换器ADC产生的数字信号反馈到梯度功率放大器，梯度功率放大器根据反馈的数字信号向信号处理器发送控制信号。
信号处理器根据控制信号要求，对两个仪器放大器的增益控制电阻RG1， RG2阻值大小进行调节，以及对可编程增益放大器PGA的放大倍数进行调节，从而实现对不同精密无感电阻的匹配和满足模拟数字转换器ADC的满量程要求，以获得最大的动态范围。也使传感器获得灵活的量程范围。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于磁共振系统的数字式电流传感器，串联在梯度功率放大器和负载梯度线圈之间，其特征在于，包括精密无感电阻、第一仪器放大器(INA1)、第二仪器放大器(INA2)、差分衰减器、可编程增益放大器(PGA)、模拟数字转换器(ADC)、信号处理器以及对外接口；
梯度功率放大器的输出功率信号通过精密无感电阻后连接到负载梯度线圈；精密无感电阻两端分别正相连接第一仪器放大器(INA1)两个输入端，反相连接第二仪器放大器(INA2)两个输入端；第一仪器放大器(INA1)和第二仪器放大器(INA2)的输出端分别连接差分衰减器的正、反相输入端，差分衰减器输出端依次级联可编程增益放大器(PGA)、模拟数字转换器(ADC)和信号处理器，信号处理器通过对外接口与梯度功率放大器连接。
2.根据权利要求1所述的用于磁共振系统的数字式电流传感器，其特征在于，所述第一仪器放大器(INA1)、第二仪器放大器(INA2)分别带有增益控制电阻RG1，RG2，信号处理器通过控制增益控制电阻RG1，RG2的阻值，调整两个仪器放大器的放大倍数。
3.根据权利要求2所述的用于磁共振系统的数字式电流传感器，其特征在于，所述信号处理器还连接控制可编程增益放大器(PGA)的放大倍数。
4.根据权利要求3所述的用于磁共振系统的数字式电流传感器，其特征在于，所述对外接口包括电源线端、数据线端和控制线端，信号处理器与梯度功率放大器之间通过对外接口进行数据信号与控制信号传输。
5.根据权利要求3所述的用于磁共振系统的数字式电流传感器，其特征在于，数字式电流传感器还包括光纤收发器，所述对外接口包括电源线端和控制线端，信号处理器通过光纤收发器向梯度功率放大器发送数据信号，通过对外接口接收梯度功率放大器的控制信号。
6.根据权利要求4或5所述的用于磁共振系统的数字式电流传感器，其特征在于，所述信号处理器与对外接口之间通过光耦隔离模块连接。
7.根据权利要求3所述的用于磁共振系统的数字式电流传感器，其特征在于，所述信号处理器根据控制信号要求，对两个仪器放大器的增益控制电阻RG1，RG2阻值大小进行调节，以及对可编程增益放大器(PGA)的放大倍数进行调节，从而实现对不同精密无感电阻的匹配和满足模拟数字转换器(ADC)的满量程要求。
8.根据权利要求1所述的用于磁共振系统的数字式电流传感器，其特征在于，所述信号处理器为FPGA、DSP或MCU。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202022508319.9U CN213544671U (zh) | 2020-11-03 | 2020-11-03 | 一种用于磁共振系统的数字式电流传感器 |
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|---|---|
| CN213544671U true CN213544671U (zh) | 2021-06-25 |
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Family Applications (1)
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| CN202022508319.9U Active CN213544671U (zh) | 2020-11-03 | 2020-11-03 | 一种用于磁共振系统的数字式电流传感器 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN213544671U (zh) |
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2020
- 2020-11-03 CN CN202022508319.9U patent/CN213544671U/zh active Active
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