【摘要】：核磁共振磁強(qiáng)計(jì)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(cè)量,具備1n T的測(cè)量精度。但受弱場(chǎng)環(huán)境下信噪比低的限制,其測(cè)量范圍一般不低于20mT。一些新型方法如原子磁力計(jì)、量子干涉儀等可以達(dá)到1f T的超高測(cè)量精度,但僅適用于0.1mT以下近零磁場(chǎng)的測(cè)量。為實(shí)現(xiàn)0.1mT~20mT磁場(chǎng)的高精度測(cè)量,本文研究了一種流水式核磁共振磁強(qiáng)計(jì),通過預(yù)極化技術(shù)提升了核磁共振磁強(qiáng)計(jì)的弱場(chǎng)測(cè)量能力,并基于回波感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)了縱向磁化矢量的測(cè)量,提高了系統(tǒng)信噪比和可靠性。本文的研究?jī)?nèi)容主要包括:(1)對(duì)流水式核磁共振磁強(qiáng)計(jì)的測(cè)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(cè)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(xiàng)系統(tǒng)參數(shù)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響;(4)完成了整套流水式核磁共振磁強(qiáng)計(jì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì),包含1.31T的Halbach型極化磁體、0.182T的回字形檢測(cè)磁體、馬鞍形激勵(lì)線圈、螺線管檢測(cè)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(chǎng)可編程門陣列(FPGA)為核心的信號(hào)檢測(cè)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(duì)回波信號(hào)的數(shù)字解調(diào)和對(duì)脈沖信號(hào)的數(shù)字調(diào)制等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)了射頻脈沖收發(fā)器的數(shù)字化設(shè)計(jì),并通過提取可重復(fù)序列模型實(shí)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(chǔ)等技術(shù)手段完成了射頻激勵(lì)、流速控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ艿母咝f(xié)調(diào)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,回波感應(yīng)法對(duì)縱向磁化矢量的檢測(cè)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(hào)強(qiáng)度提高了5.78倍;引入修正系數(shù)(受被測(cè)磁場(chǎng)均勻度影響)后的擬合方程與測(cè)量數(shù)據(jù)高度吻合,提高了測(cè)量速度和測(cè)量精度;激勵(lì)強(qiáng)度和流速對(duì)測(cè)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(cè)量曲線吸收峰。最終,通過該方法實(shí)現(xiàn)0.136mT~1.215mT磁感應(yīng)強(qiáng)度的測(cè)量,測(cè)量精度優(yōu)于0.1μT,證明了該方法對(duì)弱磁場(chǎng)的精確測(cè)量能力。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM936
【圖文】：

圖 1.1 脈沖法核磁共振磁強(qiáng)計(jì)測(cè)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(jì)的多通道測(cè)量探頭，其中，能量的發(fā)射和回波信號(hào)的接收，測(cè)量時(shí)，要首先采用高斯計(jì)等區(qū)域的中心場(chǎng)強(qiáng)，并根據(jù)其所對(duì)應(yīng)的拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率修改匹配電諧振狀態(tài)，然后將其置于待測(cè)磁場(chǎng)中，通過給予射頻線圈一個(gè)發(fā)質(zhì)子的共振躍遷，并迅速檢測(cè)其輻射出的回波信號(hào)，通過傅譜分布，進(jìn)而計(jì)算出場(chǎng)強(qiáng)分布，如圖 1.2 所示。

圖 1.1 脈沖法核磁共振磁強(qiáng)計(jì)測(cè)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(jì)的多通道測(cè)量探頭，其中，匹配電路用于射頻能量的發(fā)射和回波信號(hào)的接收，測(cè)量時(shí)，要首先采用高斯計(jì)等常規(guī)方法獲取待測(cè)區(qū)域的中心場(chǎng)強(qiáng)，并根據(jù)其所對(duì)應(yīng)的拉莫爾進(jìn)動(dòng)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(cè)磁場(chǎng)中，通過給予射頻線圈一個(gè)窄帶射頻信號(hào)，激發(fā)質(zhì)子的共振躍遷，并迅速檢測(cè)其輻射出的回波信號(hào)，通過傅里葉分析得到其頻譜分布，進(jìn)而計(jì)算出場(chǎng)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(cè)量范圍越大，因此，脈沖法核磁共振磁強(qiáng)計(jì)在面對(duì)不同場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量需求時(shí)這為測(cè)量帶來極大不便，此外，為獲得更好的回波信號(hào)，低于 20mT，但受益于其優(yōu)異的測(cè)量精度，該方法被廣泛應(yīng)均勻度及波動(dòng)情況的測(cè)定。展該方法的應(yīng)用價(jià)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(chǎng)，它使地球磁場(chǎng)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(gè)較大的靜態(tài)磁場(chǎng)對(duì)地磁場(chǎng)環(huán)境中完成脈沖波法的磁場(chǎng)測(cè)量，從而檢測(cè)出這種力儀一定程度上拓展了連續(xù)波法的測(cè)量下限，但并未改變低場(chǎng)信噪比差的缺點(diǎn)，因此僅適用于地磁場(chǎng)波動(dòng)的測(cè)量。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2807187