信號(hào)采集是核磁共振（NMR）獲得精確信息的關(guān)鍵之一。由于井下地層流體產(chǎn)生的NMR信號(hào)非常微弱,并且受到井筒環(huán)境及儀器本身產(chǎn)生的各種復(fù)雜噪聲干擾,使NMR信號(hào)采集非常困難,同時(shí)由于多維核磁共振測(cè)井的提出,井下數(shù)據(jù)采集的信息量增加數(shù)十倍,迫切需要提高數(shù)據(jù)采集速度。由于低場(chǎng)NMR信號(hào)頻率低,它的信噪比比其他的場(chǎng)更低,如何采集高質(zhì)量的核磁共振信號(hào)成了儀器設(shè)計(jì)的首要問題之一。本文基于低場(chǎng)NMR信號(hào)數(shù)據(jù)采集的要求,實(shí)現(xiàn)一套可對(duì)脈沖序列進(jìn)行靈活編程設(shè)置、適用于不同拉莫爾頻率下低場(chǎng)核磁共振信號(hào)采集的數(shù)字化譜儀主控系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用單一主控芯片的設(shè)計(jì)方案,在一片F(xiàn)PGA芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制功能與數(shù)據(jù)處理功能;采用程序編碼方式控制生成調(diào)頻信號(hào)、調(diào)相信號(hào)及調(diào)幅信號(hào),然后混頻生成所需的脈沖發(fā)射信號(hào);采用超外差接收的方案,將信號(hào)調(diào)制到中頻再進(jìn)行檢波,使系統(tǒng)可適用于低場(chǎng)甚至中場(chǎng)領(lǐng)域應(yīng)用,具有較大的適用范圍;采用高參考時(shí)鐘信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器,實(shí)現(xiàn)高速核磁共振數(shù)據(jù)采集;使用數(shù)字正交解調(diào)的檢波算法,增加信噪比;采用目前常用的USB通信方式,在普通的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行上位機(jī)操作。最后用所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)搭建整個(gè)核磁共振實(shí)驗(yàn)平臺(tái),經(jīng)過實(shí)驗(yàn)進(jìn)... 

【文章來源】：中國(guó)石油大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

低場(chǎng)核磁共振應(yīng)用范圍Figure1.1TheapplicationsrangeoflowfieldNMR

- 10 -圖 2.3 系統(tǒng)時(shí)序圖Figure 2.3 The system timing diagram給系統(tǒng)提供電源供應(yīng)后，啟動(dòng)系統(tǒng)后，系統(tǒng)所有的數(shù)據(jù)和寄存器都會(huì)清零啟，將系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行初始化，然后就通過接口模塊接收并解碼來自于上位機(jī)的令，將指令存儲(chǔ)到隨機(jī)存儲(chǔ) RAM 模塊內(nèi)，使用地址碼訪問 RAM 然后讀取指令據(jù)，通過解碼指令實(shí)現(xiàn)脈沖序列的產(chǎn)生和發(fā)射，同時(shí)在脈沖間隔時(shí)間內(nèi)控制接電路進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字正交檢波、存儲(chǔ)，最后將要傳給上機(jī)進(jìn)行處理核磁共振數(shù)據(jù)按照通信約定的方式編輯，在一個(gè)一個(gè)的送給我們的位機(jī)。

2N3.2.2 調(diào)相信號(hào)脈沖生成序列生成的 10 位相位控制字即為 DDS 模塊的初始相位，根據(jù) DDS原理，使用 160MHz 的參考時(shí)鐘輸入頻率，采用 N=10 相位值（從 0x000 到 0x3FF十六進(jìn)制）決定了相移的范圍從 0 到 2π，分辨率為 2π/210~0.0061rad~0.35°。根據(jù) DDS 原理公式，要想獲得我們所需的頻率固定為 20MHz 調(diào)相信號(hào)，需將頻率控制字 K 設(shè)置為 128，這樣得到 8 位二進(jìn)制的頻率控制字 10000000，使用 MATLAB生成一個(gè)余弦信號(hào)查找表，在 FPGA 內(nèi)部建立一個(gè)存儲(chǔ)深度為 1024 的 10 位 ROM模塊來存儲(chǔ)這個(gè)查找表，使用每次相位累加后的相位值作為地址來訪問讀取 ROM里的數(shù)字量化值，一共累加 8 次，這樣從 ROM 中共讀取了 8 次數(shù)值，對(duì)應(yīng) 20MHz正弦信號(hào) 8 個(gè)重要點(diǎn)幅值量化值，根據(jù)奈奎斯特采樣定理完全可以恢復(fù)成一個(gè)完整的正弦信號(hào)；驅(qū)動(dòng) FPGA 外部的同樣 160MHz 參考時(shí)鐘的外部調(diào)相硬件電路，進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換最后經(jīng)過濾波器平滑后得到所需的調(diào)相信號(hào)。功能仿真圖如 3.8：

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]數(shù)字化MRI譜儀系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D]. 劉正敏.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2007

碩士論文
[1]基于FPGA與DDS的磁共振成像射頻脈沖發(fā)生器的研制[D]. 馬月萍.北京化工大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3307557