【摘要】：核磁共振磁強(qiáng)計利用質(zhì)子共振頻率與磁感應(yīng)強(qiáng)度的線性關(guān)系進(jìn)行磁感應(yīng)強(qiáng)度的測量,具備1n T的測量精度。但受弱場環(huán)境下信噪比低的限制,其測量范圍一般不低于20mT。一些新型方法如原子磁力計、量子干涉儀等可以達(dá)到1f T的超高測量精度,但僅適用于0.1mT以下近零磁場的測量。為實現(xiàn)0.1mT~20mT磁場的高精度測量,本文研究了一種流水式核磁共振磁強(qiáng)計,通過預(yù)極化技術(shù)提升了核磁共振磁強(qiáng)計的弱場測量能力,并基于回波感應(yīng)原理實現(xiàn)了縱向磁化矢量的測量,提高了系統(tǒng)信噪比和可靠性。本文的研究內(nèi)容主要包括:(1)對流水式核磁共振磁強(qiáng)計的測量原理進(jìn)行詳細(xì)闡述和量化分析;(2)通過分析自差式接收機(jī)和感應(yīng)式接收機(jī)的工作原理,提出結(jié)合CPMG序列,通過回波感應(yīng)進(jìn)行縱向磁化矢量檢測的方法;(3)通過構(gòu)建吸收峰尖銳程度的數(shù)學(xué)模型,量化分析了各項系統(tǒng)參數(shù)對測量結(jié)果的影響;(4)完成了整套流水式核磁共振磁強(qiáng)計的系統(tǒng)設(shè)計,包含1.31T的Halbach型極化磁體、0.182T的回字形檢測磁體、馬鞍形激勵線圈、螺線管檢測線圈、控制電路和上位機(jī)軟件。其中,控制電路包括以現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)為核心的信號檢測電路和以單片機(jī)(STM32)為核心的總體控制電路兩部分,前者通過對回波信號的數(shù)字解調(diào)和對脈沖信號的數(shù)字調(diào)制等技術(shù)手段實現(xiàn)了射頻脈沖收發(fā)器的數(shù)字化設(shè)計,并通過提取可重復(fù)序列模型實現(xiàn)一種通用性更強(qiáng)的列表式序列控制器;后者通過壓控恒流源、SDRAM數(shù)據(jù)存儲等技術(shù)手段完成了射頻激勵、流速控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ艿母咝f(xié)調(diào)。實驗結(jié)果表明,回波感應(yīng)法對縱向磁化矢量的檢測具有更好的可靠性和穩(wěn)定性;預(yù)極化處理使核磁共振回波信號強(qiáng)度提高了5.78倍;引入修正系數(shù)(受被測磁場均勻度影響)后的擬合方程與測量數(shù)據(jù)高度吻合,提高了測量速度和測量精度;激勵強(qiáng)度和流速對測量曲線具有顯著影響,合理優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以獲得更加尖銳的測量曲線吸收峰。最終,通過該方法實現(xiàn)0.136mT~1.215mT磁感應(yīng)強(qiáng)度的測量,測量精度優(yōu)于0.1μT,證明了該方法對弱磁場的精確測量能力。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM936
【圖文】：

圖 1.1 脈沖法核磁共振磁強(qiáng)計測量探頭Fig. 1.1 Probe of the pulse method magnetic resonance magnetometer..1 展示了一種脈沖法核磁共振磁強(qiáng)計的多通道測量探頭，其中，能量的發(fā)射和回波信號的接收，測量時，要首先采用高斯計等區(qū)域的中心場強(qiáng)，并根據(jù)其所對應(yīng)的拉莫爾進(jìn)動頻率修改匹配電諧振狀態(tài)，然后將其置于待測磁場中，通過給予射頻線圈一個發(fā)質(zhì)子的共振躍遷，并迅速檢測其輻射出的回波信號，通過傅譜分布，進(jìn)而計算出場強(qiáng)分布，如圖 1.2 所示。

圖 1.1 脈沖法核磁共振磁強(qiáng)計測量探頭Fig. 1.1 Probe of the pulse method magnetic resonance magnetometer.圖 1.1 展示了一種脈沖法核磁共振磁強(qiáng)計的多通道測量探頭，其中，匹配電路用于射頻能量的發(fā)射和回波信號的接收，測量時，要首先采用高斯計等常規(guī)方法獲取待測區(qū)域的中心場強(qiáng)，并根據(jù)其所對應(yīng)的拉莫爾進(jìn)動頻率修改匹配電路參數(shù)，令其達(dá)到諧振狀態(tài)，然后將其置于待測磁場中，通過給予射頻線圈一個窄帶射頻信號，激發(fā)質(zhì)子的共振躍遷，并迅速檢測其輻射出的回波信號，通過傅里葉分析得到其頻譜分布，進(jìn)而計算出場強(qiáng)分布，如圖 1.2 所示。

1 緒 論范圍取決于諧振回路的 Q 值，Q 值越小，測量范圍越大，因此，脈沖法核磁共振磁強(qiáng)計在面對不同場強(qiáng)測量需求時這為測量帶來極大不便，此外，為獲得更好的回波信號，低于 20mT，但受益于其優(yōu)異的測量精度，該方法被廣泛應(yīng)均勻度及波動情況的測定。展該方法的應(yīng)用價值，結(jié)合靜態(tài)預(yù)極化技術(shù)發(fā)展出來的質(zhì)探領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，如圖 1.3 所示。自然界的巖石和礦產(chǎn)生各不相同的磁場，它使地球磁場在局部地區(qū)發(fā)生變化旋進(jìn)磁力儀通過一組電磁線圈產(chǎn)生一個較大的靜態(tài)磁場對地磁場環(huán)境中完成脈沖波法的磁場測量，從而檢測出這種力儀一定程度上拓展了連續(xù)波法的測量下限，但并未改變低場信噪比差的缺點(diǎn)，因此僅適用于地磁場波動的測量。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李立毅;孫芝茵;潘東華;劉家曦;劉添豪;;近零磁環(huán)境裝置現(xiàn)狀綜述[J];電工技術(shù)學(xué)報;2015年15期

2 孔旭;謝彥召;;基于光纖技術(shù)的電磁脈沖3維電、磁場測量系統(tǒng)[J];高電壓技術(shù);2015年01期

3 李春莉;何為;楊帆;何曉龍;高兵;;用于腦水腫檢測的開放式核磁共振系統(tǒng)設(shè)計[J];高電壓技術(shù);2014年12期

4 渠珊珊;何志偉;;基于霍爾效應(yīng)的磁場測量方法的研究[J];電測與儀表;2013年10期

5 王江平;李玉權(quán);;基于磁光效應(yīng)的矢量磁場測量方法研究[J];微波學(xué)報;2008年05期

6 王鋒;米東;徐章遂;鄒燕;;基于法拉第電磁感應(yīng)法的脈沖強(qiáng)磁場測量方法[J];高電壓技術(shù);2008年04期

7 李杭生;陳丹;;頻譜分析中窗函數(shù)的研究[J];微計算機(jī)信息;2008年10期

8 潘啟軍,馬偉明,趙治華,康軍;磁場測量方法的發(fā)展及應(yīng)用[J];電工技術(shù)學(xué)報;2005年03期

9 吳嘉慧,施文康;磁通門技術(shù)在檢測中的應(yīng)用[J];儀表技術(shù)與傳感器;2000年12期

10 李鯁穎,謝海濱,徐學(xué)誠;通用的NMR軟脈沖單元研制[J];波譜學(xué)雜志;1998年06期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 姚曉寧;基于核磁共振方法的磁場測量儀[D];河北大學(xué);2009年

本文編號：2807187